eBPF之ringbuf学习笔记

介绍

BPF的ringbuf被实现为2的指数大小的环形缓冲区，它有两个总是递增的计数器：consumer_pos、producer_pos；

producer_pos是生产者计数器，每当一个record被成功存储，producer_pos就会增加；consumer_pos是消费者计数器，每当在用户空间读取一个record，consumer_pos就会增加；

每一个计数器都存放在独立的页中，因此对用户空间而言，producer_pos是仅可读的，consumer_pos是可读可写的；

相关数据结构

ringbuf

ringbuf的结构比较复杂，从第二张图中可以看到两个计数器被强制对齐在了不同的页中；

ringbuf的mask成员表示环形缓冲区的大小，也就是通过&mask来实现求模，从而实现环形缓冲区的效果；

bpf_ringbuf_map

bpf_ringbuf_hdr

关于这个pg_off：

可以看到pg_off记录了hdr和其ringbuf之间的页面偏移量；

重点函数分析

ringbuf的空间创建

首先分配meta空间和两倍的data空间的物理页：

之后进行虚拟地址空间和物理地址空间之间的映射：

通过上述代码中的pages[nr_data_pages + i] = page可知，将来会有两个虚拟地址映射同一片物理地址：

这样在处理环形的问题的时候会有一定用处。

reserve

reserve用于从ringbuf中预定一片空间，以供后续write使用；

用户态接口如下：(flags必须为0)

主要处理函数如下：

可以看到是从ringbuf的data中分割出一片区域构造一个hdr+content，然后设置hdr的meta值；

最后会返回这样一个空间的指针（其实很像glibc）

submit

函数原型：

关键函数：

这个函数的作用是修改hdr中size的属性位，在eBPF的verifier中会在调用了reserve之后检查后续是否调用了submit（或者discard），如果没有调用则会报错:

BPF_FUNC_ringbuf_reserve 0x83

BPF_FUNC_ringbuf_submit 0x84

用户态借助eBPF写ringbuf

reserve 预留空间

利用eBPF汇编指令STX写入数据

submit提交

mmap接口

对ringbuf的mapfd调用mmap则会走到ringbuf_map_mmap函数，

可以直接使用mmap映射ringbuf的mapfd，然后在用户态直接修改consumer_pos：

expmap_fd = bpf_map_create(BPF_MAP_TYPE_RINGBUF, 0, 0, 0x4000);
   if (expmap_fd < 0) perror("BPF_MAP_CREATE");//, err_exit("BPF_MAP_CREATE");
   printf("ringbuf_map_fd == %d\n", expmap_fd);
   size_t *cons = mmap(0, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, expmap_fd, 0);
   cons[0] = 0x1000;

调试技巧

在 __bpf_ringbuf_reserve 函数下断点，执行到此后finish，查看返回值rax就是分配的一个ringbuf中的空间，-8就是该chunk的hdr。