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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：在 eBPF 中使用 kprobe 监测捕获 unlink 系统调用 - 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');
|
||
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||
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) {
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||
try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
|
||
sidebar = sidebar || 'visible';
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||
} 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 实践教程：基于 libbpf 和 CO-RE</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"><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" class="active"><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 "><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 开发者教程</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');
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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在-ebpf-中使用-kprobe-监测捕获-unlink-系统调用"><a class="header" href="#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">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></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，在 eBPF 中使用 kprobe 捕获 unlink 系统调用。本文会先讲解关于 kprobes 的基本概念和技术背景，然后介绍如何在 eBPF 中使用 kprobe 捕获 unlink 系统调用。</p>
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<h2 id="kprobes-技术背景"><a class="header" href="#kprobes-技术背景">kprobes 技术背景</a></h2>
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<p>开发人员在内核或者模块的调试过程中，往往会需要要知道其中的一些函数有无被调用、何时被调用、执行是否正确以及函数的入参和返回值是什么等等。比较简单的做法是在内核代码对应的函数中添加日志打印信息，但这种方式往往需要重新编译内核或模块，重新启动设备之类的，操作较为复杂甚至可能会破坏原有的代码执行过程。</p>
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<p>而利用kprobes技术，用户可以定义自己的回调函数，然后在内核或者模块中几乎所有的函数中（有些函数是不可探测的，例如kprobes自身的相关实现函数，后文会有详细说明）动态的插入探测点，当内核执行流程执行到指定的探测函数时，会调用该回调函数，用户即可收集所需的信息了，同时内核最后还会回到原本的正常执行流程。如果用户已经收集足够的信息，不再需要继续探测，则同样可以动态地移除探测点。因此kprobes技术具有对内核执行流程影响小和操作方便的优点。</p>
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<p>kprobes技术包括的3种探测手段分别时kprobe、jprobe和kretprobe。首先kprobe是最基本的探测方式，是实现后两种的基础，它可以在任意的位置放置探测点（就连函数内部的某条指令处也可以），它提供了探测点的调用前、调用后和内存访问出错3种回调方式，分别是pre_handler、post_handler和fault_handler，其中pre_handler函数将在被探测指令被执行前回调，post_handler会在被探测指令执行完毕后回调（注意不是被探测函数），fault_handler会在内存访问出错时被调用；jprobe基于kprobe实现，它用于获取被探测函数的入参值；最后kretprobe从名字中就可以看出其用途了，它同样基于kprobe实现，用于获取被探测函数的返回值。</p>
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<p>kprobes的技术原理并不仅仅包含存软件的实现方案，它也需要硬件架构提供支持。其中涉及硬件架构相关的是CPU的异常处理和单步调试技术，前者用于让程序的执行流程陷入到用户注册的回调函数中去，而后者则用于单步执行被探测点指令，因此并不是所有的架构均支持，目前kprobes技术已经支持多种架构，包括i386、x86_64、ppc64、ia64、sparc64、arm、ppc和mips（有些架构实现可能并不完全，具体可参考内核的Documentation/kprobes.txt）。</p>
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<p>kprobes的特点与使用限制：</p>
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<ol>
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<li>kprobes允许在同一个被被探测位置注册多个kprobe，但是目前jprobe却不可以；同时也不允许以其他的jprobe回调函数和kprobe的post_handler回调函数作为被探测点。</li>
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<li>一般情况下，可以探测内核中的任何函数，包括中断处理函数。不过在kernel/kprobes.c和arch/*/kernel/kprobes.c程序中用于实现kprobes自身的函数是不允许被探测的，另外还有do_page_fault和notifier_call_chain；</li>
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<li>如果以一个内联函数为探测点，则kprobes可能无法保证对该函数的所有实例都注册探测点。由于gcc可能会自动将某些函数优化为内联函数，因此可能无法达到用户预期的探测效果；</li>
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<li>一个探测点的回调函数可能会修改被探测函数运行的上下文，例如通过修改内核的数据结构或者保存与struct pt_regs结构体中的触发探测器之前寄存器信息。因此kprobes可以被用来安装bug修复代码或者注入故障测试代码；</li>
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<li>kprobes会避免在处理探测点函数时再次调用另一个探测点的回调函数，例如在printk()函数上注册了探测点，则在它的回调函数中可能再次调用printk函数，此时将不再触发printk探测点的回调，仅仅时增加了kprobe结构体中nmissed字段的数值；</li>
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<li>在kprobes的注册和注销过程中不会使用mutex锁和动态的申请内存；</li>
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<li>kprobes回调函数的运行期间是关闭内核抢占的，同时也可能在关闭中断的情况下执行，具体要视CPU架构而定。因此不论在何种情况下，在回调函数中不要调用会放弃CPU的函数（如信号量、mutex锁等）；</li>
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<li>kretprobe通过替换返回地址为预定义的trampoline的地址来实现，因此栈回溯和gcc内嵌函数__builtin_return_address()调用将返回trampoline的地址而不是真正的被探测函数的返回地址；</li>
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<li>如果一个函数的调用次数和返回次数不相等，则在类似这样的函数上注册kretprobe将可能不会达到预期的效果，例如do_exit()函数会存在问题，而do_execve()函数和do_fork()函数不会；</li>
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<li>如果当在进入和退出一个函数时，CPU运行在非当前任务所有的栈上，那么往该函数上注册kretprobe可能会导致不可预料的后果，因此，kprobes不支持在X86_64的结构下为__switch_to()函数注册kretprobe，将直接返回-EINVAL。</li>
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</ol>
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<h2 id="kprobe-示例"><a class="header" href="#kprobe-示例">kprobe 示例</a></h2>
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<p>完整代码如下：</p>
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<pre><code class="language-c">#include "vmlinux.h"
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#include <bpf/bpf_helpers.h>
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#include <bpf/bpf_tracing.h>
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#include <bpf/bpf_core_read.h>
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char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";
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SEC("kprobe/do_unlinkat")
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int BPF_KPROBE(do_unlinkat, int dfd, struct filename *name)
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||
{
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pid_t pid;
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const char *filename;
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||
pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
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filename = BPF_CORE_READ(name, name);
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||
bpf_printk("KPROBE ENTRY pid = %d, filename = %s\n", pid, filename);
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return 0;
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}
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||
SEC("kretprobe/do_unlinkat")
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||
int BPF_KRETPROBE(do_unlinkat_exit, long ret)
|
||
{
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||
pid_t pid;
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||
|
||
pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
|
||
bpf_printk("KPROBE EXIT: pid = %d, ret = %ld\n", pid, ret);
|
||
return 0;
|
||
}
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||
</code></pre>
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||
<p>这段代码是一个简单的 eBPF 程序，用于监测和捕获在 Linux 内核中执行的 unlink 系统调用。unlink 系统调用的功能是删除一个文件，这个 eBPF 程序通过使用 kprobe（内核探针）在 do_unlinkat 函数的入口和退出处放置钩子，实现对该系统调用的跟踪。</p>
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<p>首先，我们导入必要的头文件，如 vmlinux.h，bpf_helpers.h，bpf_tracing.h 和 bpf_core_read.h。接着，我们定义许可证，以允许程序在内核中运行。</p>
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<pre><code class="language-c">#include "vmlinux.h"
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#include <bpf/bpf_helpers.h>
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||
#include <bpf/bpf_tracing.h>
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#include <bpf/bpf_core_read.h>
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||
char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";
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||
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</code></pre>
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||
<p>接下来，我们定义一个名为 BPF_KPROBE(do_unlinkat) 的 kprobe，当进入 do_unlinkat 函数时，它会被触发。该函数接受两个参数：dfd（文件描述符）和 name（文件名结构体指针）。在这个 kprobe 中，我们获取当前进程的 PID（进程标识符），然后读取文件名。最后，我们使用 bpf_printk 函数在内核日志中打印 PID 和文件名。</p>
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<pre><code class="language-c">SEC("kprobe/do_unlinkat")
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int BPF_KPROBE(do_unlinkat, int dfd, struct filename *name)
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||
{
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pid_t pid;
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const char *filename;
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||
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pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
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filename = BPF_CORE_READ(name, name);
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||
bpf_printk("KPROBE ENTRY pid = %d, filename = %s\n", pid, filename);
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return 0;
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||
}
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</code></pre>
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||
<p>接下来，我们定义一个名为 BPF_KRETPROBE(do_unlinkat_exit) 的 kretprobe，当从 do_unlinkat 函数退出时，它会被触发。这个 kretprobe 的目的是捕获函数的返回值（ret）。我们再次获取当前进程的 PID，并使用 bpf_printk 函数在内核日志中打印 PID 和返回值。</p>
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<pre><code class="language-c">SEC("kretprobe/do_unlinkat")
|
||
int BPF_KRETPROBE(do_unlinkat_exit, long ret)
|
||
{
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||
pid_t pid;
|
||
|
||
pid = bpf_get_current_pid_tgid() >> 32;
|
||
bpf_printk("KPROBE EXIT: pid = %d, ret = %ld\n", pid, ret);
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||
return 0;
|
||
}
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||
</code></pre>
|
||
<p>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 <a href="https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf">https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf</a> 下载和安装 ecc 编译工具链和 ecli 运行时。</p>
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<p>要编译这个程序，请使用 ecc 工具：</p>
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<pre><code class="language-console">$ ecc kprobe-link.bpf.c
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Compiling bpf object...
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Packing ebpf object and config into package.json...
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</code></pre>
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<p>然后运行：</p>
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<pre><code class="language-console">sudo ecli run package.json
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</code></pre>
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<p>在另外一个窗口中：</p>
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<pre><code class="language-shell">touch test1
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rm test1
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touch test2
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rm test2
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</code></pre>
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<p>在 /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe 文件中，应该能看到类似下面的 kprobe 演示输出：</p>
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<pre><code class="language-shell">$ sudo cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe
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rm-9346 [005] d..3 4710.951696: bpf_trace_printk: KPROBE ENTRY pid = 9346, filename = test1
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||
rm-9346 [005] d..4 4710.951819: bpf_trace_printk: KPROBE EXIT: ret = 0
|
||
rm-9346 [005] d..3 4710.951852: bpf_trace_printk: KPROBE ENTRY pid = 9346, filename = test2
|
||
rm-9346 [005] d..4 4710.951895: bpf_trace_printk: KPROBE EXIT: ret = 0
|
||
</code></pre>
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||
<h2 id="总结"><a class="header" href="#总结">总结</a></h2>
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<p>通过本文的示例，我们学习了如何使用 eBPF 的 kprobe 和 kretprobe 捕获 unlink 系统调用。更多的例子和详细的开发指南，请参考 eunomia-bpf 的官方文档：<a href="https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf">https://github.com/eunomia-bpf/eunomia-bpf</a></p>
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||
<p>本文是 eBPF 入门开发实践教程的第二篇。下一篇文章将介绍如何在 eBPF 中使用 fentry 监测捕获 unlink 系统调用。</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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<!-- Mobile navigation buttons -->
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