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HTML
<!DOCTYPE HTML>
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<html lang="en" class="sidebar-visible no-js light">
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<head>
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<!-- Book generated using mdBook -->
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<meta charset="UTF-8">
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<title>eBPF 入门开发实践教程二：Hello World，基本框架和开发流程 - bpf-developer-tutorial</title>
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<!-- Custom HTML head -->
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<meta name="description" content="">
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
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<meta name="theme-color" content="#ffffff" />
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<link rel="icon" href="../favicon.svg">
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<link rel="shortcut icon" href="../favicon.png">
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<link rel="stylesheet" href="../css/variables.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/general.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/chrome.css">
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<link rel="stylesheet" href="../css/print.css" media="print">
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<!-- Fonts -->
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<link rel="stylesheet" href="../FontAwesome/css/font-awesome.css">
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<link rel="stylesheet" href="../fonts/fonts.css">
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<!-- Highlight.js Stylesheets -->
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<link rel="stylesheet" href="../highlight.css">
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<link rel="stylesheet" href="../tomorrow-night.css">
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<link rel="stylesheet" href="../ayu-highlight.css">
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<!-- Custom theme stylesheets -->
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</head>
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<body>
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<div id="body-container">
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<!-- Provide site root to javascript -->
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<script>
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var path_to_root = "../";
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var default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? "navy" : "light";
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</script>
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<!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
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<script>
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try {
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||
var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
|
||
var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');
|
||
|
||
if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
|
||
localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
|
||
}
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||
|
||
if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
|
||
localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
|
||
}
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||
} catch (e) { }
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</script>
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||
<!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
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<script>
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var theme;
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try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
|
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if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
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var html = document.querySelector('html');
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html.classList.remove('no-js')
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html.classList.remove('light')
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html.classList.add(theme);
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html.classList.add('js');
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</script>
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<!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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<script>
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var html = document.querySelector('html');
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var sidebar = null;
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||
if (document.body.clientWidth >= 1080) {
|
||
try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
|
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sidebar = sidebar || 'visible';
|
||
} else {
|
||
sidebar = 'hidden';
|
||
}
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html.classList.remove('sidebar-visible');
|
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html.classList.add("sidebar-" + sidebar);
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</script>
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<nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
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<div class="sidebar-scrollbox">
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<ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded affix "><li class="part-title">eBPF 入门开发实践教程</li><li class="chapter-item expanded "><a href="../0-introduce/index.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> eBPF 入门开发实践教程一：介绍 eBPF 的基本概念、常见的开发工具</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1-helloworld/index.html" class="active"><strong aria-hidden="true">2.</strong> eBPF 入门开发实践教程二：Hello World，基本框架和开发流程</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../2-kprobe-unlink/index.html"><strong aria-hidden="true">3.</strong> eBPF 入门开发实践教程二：在 eBPF 中使用 kprobe 监测捕获 unlink 系统调用</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3-fentry-unlink/index.html"><strong aria-hidden="true">4.</strong> eBPF 入门开发实践教程三：在 eBPF 中使用 fentry 监测捕获 unlink 系统调用</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4-opensnoop/index.html"><strong aria-hidden="true">5.</strong> 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</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5-uprobe-bashreadline/index.html"><strong aria-hidden="true">6.</strong> eBPF 入门开发实践教程五：在 eBPF 中使用 uprobe 捕获 bash 的 readline 函数调用</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../6-sigsnoop/index.html"><strong aria-hidden="true">7.</strong> eBPF 入门开发实践教程六：捕获进程发送信号的系统调用集合，使用 hash map 保存状态</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../7-execsnoop/index.html"><strong aria-hidden="true">8.</strong> eBPF 入门实践教程七：捕获进程执行/退出时间，通过 perf event array 向用户态打印输出</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../8-exitsnoop/index.html"><strong aria-hidden="true">9.</strong> eBPF 入门开发实践教程八：在 eBPF 中使用 exitsnoop 监控进程退出事件，使用 ring buffer 向用户态打印输出</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../9-runqlat/index.html"><strong aria-hidden="true">10.</strong> eBPF 入门开发实践教程九：一个 Linux 内核 BPF 程序，通过柱状图来总结调度程序运行队列延迟，显示任务等待运行在 CPU 上的时间长度</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../10-hardirqs/index.html"><strong aria-hidden="true">11.</strong> eBPF 入门开发实践教程十：在 eBPF 中使用 hardirqs 或 softirqs 捕获中断事件</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../11-bootstrap/index.html"><strong aria-hidden="true">12.</strong> eBPF 入门开发实践教程十一：在 eBPF 中使用 bootstrap 开发用户态程序并跟踪 exec() 和 exit() 系统调用</a></li><li class="chapter-item expanded affix "><li class="part-title">eBPF入门实践教程</li><li class="chapter-item expanded "><a href="../13-tcpconnlat/index.html"><strong aria-hidden="true">13.</strong> eBPF入门实践教程：使用 libbpf-bootstrap 开发程序统计 TCP 连接延时</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../13-tcpconnlat/tcpconnlat.html"><strong aria-hidden="true">14.</strong> eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 tcpconnlat 测量 tcp 连接延时</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../14-tcpstates/index.html"><strong aria-hidden="true">15.</strong> eBPF入门实践教程：使用 libbpf-bootstrap 开发程序统计 TCP 连接延时</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../15-tcprtt/index.html"><strong aria-hidden="true">16.</strong> eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 Tcprtt 测量 TCP 连接的往返时间</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../16-memleak/index.html"><strong aria-hidden="true">17.</strong> eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 Memleak 监控内存泄漏</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../17-biopattern/index.html"><strong aria-hidden="true">18.</strong> eBPF 入门实践教程：编写 eBPF 程序 Biopattern: 统计随机/顺序磁盘 I/O</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../18-further-reading/index.html"><strong aria-hidden="true">19.</strong> 更多的参考资料</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../19-lsm-connect/index.html"><strong aria-hidden="true">20.</strong> eBPF 入门实践教程：使用 LSM 进行安全检测防御</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../20-tc/index.html"><strong aria-hidden="true">21.</strong> eBPF 入门实践教程：使用 eBPF 进行 tc 流量控制</a></li><li class="chapter-item expanded affix "><li class="part-title">bcc Guide</li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/kernel-versions.html"><strong aria-hidden="true">22.</strong> BPF Features by Linux Kernel Version</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/kernel_config.html"><strong aria-hidden="true">23.</strong> Kernel Configuration for BPF Features</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/reference_guide.html"><strong aria-hidden="true">24.</strong> bcc Reference Guide</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/special_filtering.html"><strong aria-hidden="true">25.</strong> Special Filtering</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/tutorial.html"><strong aria-hidden="true">26.</strong> bcc Tutorial</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../bcc-documents/tutorial_bcc_python_developer.html"><strong aria-hidden="true">27.</strong> bcc Python Developer Tutorial</a></li></ol>
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</div>
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<div id="sidebar-resize-handle" class="sidebar-resize-handle"></div>
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</nav>
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<div id="page-wrapper" class="page-wrapper">
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<div class="page">
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<div id="menu-bar-hover-placeholder"></div>
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<div id="menu-bar" class="menu-bar sticky bordered">
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<div class="left-buttons">
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<button id="sidebar-toggle" class="icon-button" type="button" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="sidebar">
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<i class="fa fa-bars"></i>
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</button>
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<button id="theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="theme-list">
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<i class="fa fa-paint-brush"></i>
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</button>
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<ul id="theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="light">Light</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="rust">Rust</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="coal">Coal</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="navy">Navy</button></li>
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<li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="ayu">Ayu</button></li>
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</ul>
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<button id="search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search. (Shortkey: s)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="S" aria-controls="searchbar">
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<i class="fa fa-search"></i>
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</button>
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</div>
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<h1 class="menu-title">bpf-developer-tutorial</h1>
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<div class="right-buttons">
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<a href="../print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
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<i id="print-button" class="fa fa-print"></i>
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</a>
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</div>
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</div>
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<div id="search-wrapper" class="hidden">
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<form id="searchbar-outer" class="searchbar-outer">
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<input type="search" id="searchbar" name="searchbar" placeholder="Search this book ..." aria-controls="searchresults-outer" aria-describedby="searchresults-header">
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</form>
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<div id="searchresults-outer" class="searchresults-outer hidden">
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<div id="searchresults-header" class="searchresults-header"></div>
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<ul id="searchresults">
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</ul>
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</div>
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</div>
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<!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
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<script>
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document.getElementById('sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
|
||
document.getElementById('sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
|
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Array.from(document.querySelectorAll('#sidebar a')).forEach(function(link) {
|
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link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
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});
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</script>
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<div id="content" class="content">
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<main>
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<h1 id="ebpf-入门开发实践教程二hello-world基本框架和开发流程"><a class="header" href="#ebpf-入门开发实践教程二hello-world基本框架和开发流程">eBPF 入门开发实践教程二：Hello World，基本框架和开发流程</a></h1>
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<p>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。</p>
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<p>本文是 eBPF 入门开发实践教程的第二篇，主要介绍 eBPF 的基本框架和开发流程。</p>
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<p>开发 eBPF 程序可以使用多种工具，如 BCC、eunomia-bpf 等。不同的工具有不同的特点，但基本流程大致相同。</p>
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<h2 id="开发-ebpf-程序的流程"><a class="header" href="#开发-ebpf-程序的流程">开发 eBPF 程序的流程</a></h2>
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<p>下面以 BCC 工具为例，介绍 eBPF 程序的基本开发流程。</p>
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<ol>
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<li>安装编译环境和依赖。使用 BCC 开发 eBPF 程序需要安装 LLVM/Clang 和 bcc，以及其它的依赖库。</li>
|
||
<li>编写 eBPF 程序。eBPF 程序主要由两部分构成：内核态部分和用户态部分。内核态部分包含 eBPF 程序的实际逻辑，用户态部分负责加载、运行和监控内核态程序。</li>
|
||
<li>编译和加载 eBPF 程序。使用 bcc 工具将 eBPF 程序编译成机器码，然后使用用户态代码加载并运行该程序。</li>
|
||
<li>运行程序并处理数据。eBPF 程序在内核运行时会触发事件，并将事件相关的信息传递给用户态程序。用户态程序负责处理这些信息并将结果输出。</li>
|
||
<li>结束程序。当 eBPF 程序运行完成后，用户态程序可以卸载并结束运行。</li>
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</ol>
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<p>通过这个过程，你可以开发出一个能够在内核中运行的 eBPF 程序。</p>
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<h2 id="使用-eunomia-bpf-开发-ebpf-程序"><a class="header" href="#使用-eunomia-bpf-开发-ebpf-程序">使用 eunomia-bpf 开发 eBPF 程序</a></h2>
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<p>eunomia-bpf 是一个开源的 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。它基于 libbpf 的 CO-RE 轻量级开发框架，支持通过用户态 WASM 虚拟机控制 eBPF 程序的加载和执行，并将预编译的 eBPF 程序打包为通用的 JSON 或 WASM 模块进行分发。使用 eunomia-bpf 可以大幅简化 eBPF 程序的开发流程。</p>
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||
<p>使用 eunomia-bpf 开发 eBPF 程序的流程也大致相同，只是细节略有不同。</p>
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<ol>
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<li>安装编译环境和依赖。使用 eunomia-bpf 开发 eBPF 程序需要安装 eunomia-bpf 工具链和运行时库，以及其它的依赖库。</li>
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||
<li>编写 eBPF 程序。eBPF 程序主要由两部分构成：内核态部分和用户态部分。内核态部分包含 eBPF 程序的实际逻辑，用户态部分负责加载、运行和监控内核态程序。使用 eunomia-bpf，只需编写内核态代码即可，无需编写用户态代码。</li>
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||
<li>编译和加载 eBPF 程序。使用 eunomia-bpf 工具链将 eBPF 程序编译成机器码，并将编译后的代码打包为可以在任何系统上运行的模块。然后使用 eunomia-bpf 运行时库加载并运行该模块。</li>
|
||
<li>运行程序并处理数据。eBPF 程序在内核运行时会触发事件，并将事件相关的信息传递给用户态程序。eunomia-bpf 的运行时库负责处理这些信息并将结果输出。</li>
|
||
<li>结束程序。当 eBPF 程序运行完成后，eunomia-bpf 的运行时库可以卸载并结束运行</li>
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</ol>
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<h2 id="下载安装-eunomia-bpf-开发工具"><a class="header" href="#下载安装-eunomia-bpf-开发工具">下载安装 eunomia-bpf 开发工具</a></h2>
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<p>可以通过以下步骤下载和安装 eunomia-bpf：</p>
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<p>下载 ecli 工具，用于运行 eBPF 程序：</p>
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<pre><code class="language-console">$ wget https://aka.pw/bpf-ecli -O ecli && chmod +x ./ecli
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$ ./ecli -h
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Usage: ecli [--help] [--version] [--json] [--no-cache] url-and-args
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</code></pre>
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<p>下载编译器工具链，用于将 eBPF 内核代码编译为 config 文件或 WASM 模块：</p>
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<pre><code class="language-console">$ wget https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf/releases/latest/download/ecc && chmod +x ./ecc
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$ ./ecc -h
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||
eunomia-bpf compiler
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Usage: ecc [OPTIONS] <SOURCE_PATH> [EXPORT_EVENT_HEADER]
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||
....
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</code></pre>
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<p>也可以使用 docker 镜像进行编译：</p>
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<pre><code class="language-console">$ docker run -it -v `pwd`/:/src/ yunwei37/ebpm:latest # 使用 docker 进行编译。`pwd` 应该包含 *.bpf.c 文件和 *.h 文件。
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export PATH=PATH:~/.eunomia/bin
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||
Compiling bpf object...
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||
Packing ebpf object and config into /src/package.json...
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</code></pre>
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<h2 id="hello-world---minimal-ebpf-program"><a class="header" href="#hello-world---minimal-ebpf-program">Hello World - minimal eBPF program</a></h2>
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<pre><code class="language-c">/* SPDX-License-Identifier: (LGPL-2.1 OR BSD-2-Clause) */
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#define BPF_NO_GLOBAL_DATA
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#include <linux/bpf.h>
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#include <bpf/bpf_helpers.h>
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#include <bpf/bpf_tracing.h>
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typedef unsigned int u32;
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typedef int pid_t;
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const pid_t pid_filter = 0;
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char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";
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SEC("tp/syscalls/sys_enter_write")
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int handle_tp(void *ctx)
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{
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pid_t pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
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||
if (pid_filter && pid != pid_filter)
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return 0;
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||
bpf_printk("BPF triggered from PID %d.\n", pid);
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||
return 0;
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||
}
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||
</code></pre>
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||
<p>这段程序通过定义一个 handle_tp 函数并使用 SEC 宏把它附加到 sys_enter_write tracepoint（即在进入 write 系统调用时执行）。该函数通过使用 bpf_get_current_pid_tgid 和 bpf_printk 函数获取调用 write 系统调用的进程 ID，并在内核日志中打印出来。</p>
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||
<ul>
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||
<li><code>bpf_trace_printk()</code>： 一种将信息输出到trace_pipe(/sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe)简单机制。 在一些简单用例中这样使用没有问题， but它也有一些限制：最多3 参数； 第一个参数必须是%s(即字符串)；同时trace_pipe在内核中全局共享，其他并行使用trace_pipe的程序有可能会将 trace_pipe 的输出扰乱。 一个更好的方式是通过 BPF_PERF_OUTPUT(), 稍后将会讲到。</li>
|
||
<li><code>void *ctx</code>：ctx本来是具体类型的参数， 但是由于我们这里没有使用这个参数，因此就将其写成void *类型。</li>
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||
<li><code>return 0</code>;：必须这样，返回0 (如果要知道why, 参考 #139 <a href="https://github.com/iovisor/bcc/issues/139">https://github.com/iovisor/bcc/issues/139</a>)。</li>
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||
</ul>
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||
<p>要编译和运行这段程序，可以使用 ecc 工具和 ecli 命令。首先使用 ecc 编译程序：</p>
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<pre><code class="language-console">$ ecc hello.bpf.c
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||
Compiling bpf object...
|
||
Packing ebpf object and config into package.json...
|
||
</code></pre>
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||
<p>或使用 docker 镜像进行编译：</p>
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<pre><code class="language-shell">docker run -it -v `pwd`/:/src/ yunwei37/ebpm:latest
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||
</code></pre>
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||
<p>然后使用 ecli 运行编译后的程序：</p>
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<pre><code class="language-console">$ sudo ecli ./package.json
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||
Runing eBPF program...
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</code></pre>
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<p>运行这段程序后，可以通过查看 /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe 文件来查看 eBPF 程序的输出：</p>
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<pre><code class="language-console">$ sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe
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||
<...>-3840345 [010] d... 3220701.101143: bpf_trace_printk: write system call from PID 3840345.
|
||
<...>-3840345 [010] d... 3220701.101143: bpf_trace_printk: write system call from PID 3840345.
|
||
</code></pre>
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||
<h2 id="ebpf-程序的基本框架"><a class="header" href="#ebpf-程序的基本框架">eBPF 程序的基本框架</a></h2>
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<p>如上所述， eBPF 程序的基本框架包括：</p>
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<ul>
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||
<li>包含头文件：需要包含 <linux/bpf.h> 和 <bpf/bpf_helpers.h> 等头文件。</li>
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<li>定义许可证：需要定义许可证，通常使用 "Dual BSD/GPL"。</li>
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<li>定义 BPF 函数：需要定义一个 BPF 函数，例如其名称为 handle_tp，其参数为 void *ctx，返回值为 int。通常用 C 语言编写。</li>
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||
<li>使用 BPF 助手函数：在例如 BPF 函数中，可以使用 BPF 助手函数 bpf_get_current_pid_tgid() 和 bpf_printk()。</li>
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||
<li>返回值</li>
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</ul>
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<h2 id="tracepoints"><a class="header" href="#tracepoints">tracepoints</a></h2>
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<p>跟踪点（tracepoints）是内核静态插桩技术，跟踪点在技术上只是放置在内核源代码中的跟踪函数，实际上就是在源码中插入的一些带有控制条件的探测点，这些探测点允许事后再添加处理函数。比如在内核中，最常见的静态跟踪方法就是 printk，即输出日志。又比如：在系统调用、调度程序事件、文件系统操作和磁盘 I/O 的开始和结束时都有跟踪点。 于 2009 年在 Linux 2.6.32 版本中首次提供。跟踪点是一种稳定的 API，数量有限。</p>
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||
<h2 id="总结"><a class="header" href="#总结">总结</a></h2>
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||
<p>eBPF 程序的开发和使用流程可以概括为如下几个步骤：</p>
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<ul>
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<li>定义 eBPF 程序的接口和类型：这包括定义 eBPF 程序的接口函数，定义和实现 eBPF 内核映射（maps）和共享内存（perf events），以及定义和使用 eBPF 内核帮助函数（helpers）。</li>
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<li>编写 eBPF 程序的代码：这包括编写 eBPF 程序的主要逻辑，实现 eBPF 内核映射的读写操作，以及使用 eBPF 内核帮助函数。</li>
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||
<li>编译 eBPF 程序：这包括使用 eBPF 编译器（例如 clang）将 eBPF 程序代码编译为 eBPF 字节码，并生成可执行的 eBPF 内核模块。ecc 本质上也是调用 clang 编译器来编译 eBPF 程序。</li>
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<li>加载 eBPF 程序到内核：这包括将编译好的 eBPF 内核模块加载到 Linux 内核中，并将 eBPF 程序附加到指定的内核事件上。</li>
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||
<li>使用 eBPF 程序：这包括监测 eBPF 程序的运行情况，并使用 eBPF 内核映射和共享内存进行数据交换和共享。</li>
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||
<li>在实际开发中，还可能需要进行其他的步骤，例如配置编译和加载参数，管理 eBPF 内核模块和内核映射，以及使用其他高级功能等。</li>
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||
</ul>
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<p>需要注意的是，BPF 程序的执行是在内核空间进行的，因此需要使用特殊的工具和技术来编写、编译和调试 BPF 程序。eunomia-bpf 是一个开源的 BPF 编译器和工具包，它可以帮助开发者快速和简单地编写和运行 BPF 程序。</p>
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<p>完整的教程和源代码已经全部开源，可以在 <a href="https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial">https://github.com/eunomia-bpf/bpf-developer-tutorial</a> 中查看。</p>
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</main>
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<nav class="nav-wrapper" aria-label="Page navigation">
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