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@@ -1,9 +1,13 @@
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# eBPF 入门开发实践教程四:在 eBPF 中捕获进程打开文件的系统调用集合,使用全局变量过滤进程 pid
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eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) 是 Linux 内核上的一个强大的网络和性能分析工具,它允许开发者在内核运行时动态加载、更新和运行用户定义的代码。
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eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)是一种内核执行环境,它可以让用户在内核中运行一些安全的、高效的程序。它通常用于网络过滤、性能分析、安全监控等场景。eBPF 之所以强大,是因为它能够在内核运行时捕获和修改数据包或者系统调用,从而实现对操作系统行为的监控和调整。
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本文是 eBPF 入门开发实践教程的第四篇,主要介绍如何捕获进程打开文件的系统调用集合,并使用全局变量在 eBPF 中过滤进程 pid。
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在 Linux 系统中,进程与文件之间的交互是通过系统调用来实现的。系统调用是用户态程序与内核态程序之间的接口,它们允许用户态程序请求内核执行特定操作。在本教程中,我们关注的是 sys_openat 系统调用,它是用于打开文件的。
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当进程打开一个文件时,它会向内核发出 sys_openat 系统调用,并传递相关参数(例如文件路径、打开模式等)。内核会处理这个请求,并返回一个文件描述符(file descriptor),这个描述符将在后续的文件操作中用作引用。通过捕获 sys_openat 系统调用,我们可以了解进程在什么时候以及如何打开文件。
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## 在 eBPF 中捕获进程打开文件的系统调用集合
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首先,我们需要编写一段 eBPF 程序来捕获进程打开文件的系统调用,具体实现如下:
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@@ -30,10 +34,20 @@ int tracepoint__syscalls__sys_enter_openat(struct trace_event_raw_sys_enter* ctx
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/// "Trace open family syscalls."
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char LICENSE[] SEC("license") = "GPL";
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```
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上面的 eBPF 程序通过定义函数 tracepoint__syscalls__sys_enter_openat 并使用 SEC 宏把它们附加到 sys_enter_openat 的 tracepoint(即在进入 openat 系统调用时执行)。这个函数通过使用 bpf_get_current_pid_tgid 函数获取调用 openat 系统调用的进程 ID,并使用 bpf_printk 函数在内核日志中打印出来。
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这段 eBPF 程序实现了:
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1. 引入头文件:<vmlinux.h> 包含了内核数据结构的定义,<bpf/bpf_helpers.h> 包含了 eBPF 程序所需的辅助函数。
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2. 定义全局变量 pid_target,用于过滤指定进程 ID。这里设为 0 表示捕获所有进程的 sys_openat 调用。
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3. 使用 SEC 宏定义一个 eBPF 程序,关联到 tracepoint "tracepoint/syscalls/sys_enter_openat"。这个 tracepoint 会在进程发起 sys_openat 系统调用时触发。
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4. 实现 eBPF 程序 tracepoint__syscalls__sys_enter_openat,它接收一个类型为 struct trace_event_raw_sys_enter 的参数 ctx。这个结构体包含了关于系统调用的信息。
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5. 使用 bpf_get_current_pid_tgid() 函数获取当前进程的 PID 和 TGID(线程组 ID)。由于我们只关心 PID,所以将其赋值给 u32 类型的变量 pid。
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6. 检查 pid_target 变量是否与当前进程的 pid 相等。如果 pid_target 不为 0 且与当前进程的 pid 不相等,则返回 false,不对该进程的 sys_openat 调用进行捕获。
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7. 使用 bpf_printk() 函数打印捕获到的进程 ID 和 sys_openat 调用的相关信息。这些信息将在用户空间通过 BPF 工具查看。
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8. 将程序许可证设置为 "GPL",这是运行 eBPF 程序的必要条件。
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这个 eBPF 程序可以通过 libbpf 或 eunomia-bpf 等工具加载到内核并执行。它将捕获指定进程(或所有进程)的 sys_openat 系统调用,并在用户空间输出相关信息。
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eunomia-bpf 是一个结合 Wasm 的开源 eBPF 动态加载运行时和开发工具链,它的目的是简化 eBPF 程序的开发、构建、分发、运行。可以参考 <https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf> 下载和安装 ecc 编译工具链和 ecli 运行时。我们使用 eunomia-bpf 编译运行这个例子。
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@@ -59,7 +73,11 @@ $ sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe
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## 使用全局变量在 eBPF 中过滤进程 pid
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在上面的程序中,我们定义了一个全局变量 pid_target 来指定要捕获的进程的 pid。在 tracepoint__syscalls__sys_enter_open 和 tracepoint__syscalls__sys_enter_openat 函数中,我们可以使用这个全局变量来过滤输出,只输出指定的进程的信息。
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全局变量在 eBPF 程序中充当一种数据共享机制,它们允许用户态程序与 eBPF 程序之间进行数据交互。这在过滤特定条件或修改 eBPF 程序行为时非常有用。这种设计使得用户态程序能够在运行时动态地控制 eBPF 程序的行为。
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在我们的例子中,全局变量 `pid_target` 用于过滤进程 PID。用户态程序可以设置此变量的值,以便在 eBPF 程序中只捕获与指定 PID 相关的 `sys_openat` 系统调用。
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使用全局变量的原理是,全局变量在 eBPF 程序的数据段(data section)中定义并存储。当 eBPF 程序加载到内核并执行时,这些全局变量会保持在内核中,可以通过 BPF 系统调用进行访问。用户态程序可以使用 BPF 系统调用中的某些特性,如 bpf_obj_get_info_by_fd 和 bpf_obj_get_info,获取 eBPF 对象的信息,包括全局变量的位置和值。
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可以通过执行 ecli -h 命令来查看 opensnoop 的帮助信息:
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@@ -98,6 +116,8 @@ $ sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe
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本文介绍了如何使用 eBPF 程序来捕获进程打开文件的系统调用。在 eBPF 程序中,我们可以通过定义 tracepoint__syscalls__sys_enter_open 和 tracepoint__syscalls__sys_enter_openat 函数并使用 SEC 宏把它们附加到 sys_enter_open 和 sys_enter_openat 两个 tracepoint 来捕获进程打开文件的系统调用。我们可以使用 bpf_get_current_pid_tgid 函数获取调用 open 或 openat 系统调用的进程 ID,并使用 bpf_printk 函数在内核日志中打印出来。在 eBPF 程序中,我们还可以通过定义一个全局变量 pid_target 来指定要捕获的进程的 pid,从而过滤输出,只输出指定的进程的信息。
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通过学习本教程,您应该对如何在 eBPF 中捕获和过滤特定进程的系统调用有了更深入的了解。这种方法在系统监控、性能分析和安全审计等场景中具有广泛的应用。
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更多的例子和详细的开发指南,请参考 eunomia-bpf 的官方文档:<https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf>
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完整的教程和源代码已经全部开源,可以在 <https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial> 中查看。
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@@ -81,6 +81,30 @@ BPF_KRETPROBE(printret, const void *ret)
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这里的 printret 是探针函数的名称,const void *ret 是探针函数的参数,它代表被捕获的函数的返回值。
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然后,我们使用了 bpf_get_current_comm 函数获取当前任务的名称,并将其存储在 comm 数组中。
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```c
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bpf_get_current_comm(&comm, sizeof(comm));
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```
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使用 bpf_get_current_pid_tgid 函数获取当前进程的 PID,并将其存储在 pid 变量中。
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```c
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pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
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```
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使用 bpf_probe_read_user_str 函数从用户空间读取 readline 函数的返回值,并将其存储在 str 数组中。
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```c
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bpf_probe_read_user_str(str, sizeof(str), ret);
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```
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最后使用 bpf_printk 函数输出 PID、任务名称和用户输入的字符串。
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```c
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bpf_printk("PID %d (%s) read: %s ", pid, comm, str);
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eunomia-bpf 是一个结合 Wasm 的开源 eBPF 动态加载运行时和开发工具链,它的目的是简化 eBPF 程序的开发、构建、分发、运行。可以参考 <https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf> 下载和安装 ecc 编译工具链和 ecli 运行时。我们使用 eunomia-bpf 编译运行这个例子。
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编译运行上述代码:
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