BPF简介

BPF，及伯克利包过滤器Berkeley Packet Filter，最初构想提出于 1992 年，其目的是为了提供一种过滤包的方法，并且要避免从内核空间到用户空间的无用的数据包复制行为。它最初是由从用户空间注入到内核的一个简单的字节码构成，它在那个位置利用一个校验器进行检查 —— 以避免内核崩溃或者安全问题 —— 并附着到一个套接字上，接着在每个接收到的包上运行。几年后它被移植到 Linux 上，并且应用于一小部分应用程序上（例如，tcpdump）。其简化的语言以及存在于内核中的即时编译器（JIT），使 BPF 成为一个性能卓越的工具。

然后，在 2013 年，Alexei Starovoitov 对 BPF 进行彻底地改造，并增加了新的功能，改善了它的性能。这个新版本被命名为 eBPF （意思是 “extended BPF”），与此同时，将以前的 BPF 变成 cBPF（意思是 “classic” BPF）。新版本出现了如映射和尾调用tail call这样的新特性，并且 JIT 编译器也被重写了。新的语言比 cBPF 更接近于原生机器语言。并且，在内核中创建了新的附着点。

感谢那些新的钩子，eBPF 程序才可以被设计用于各种各样的情形下，其分为两个应用领域。其中一个应用领域是内核跟踪和事件监控。BPF 程序可以被附着到探针（kprobe），而且它与其它跟踪模式相比，有很多的优点（有时也有一些缺点）。

另外一个应用领域是网络编程。除了套接字过滤器外，eBPF 程序还可以附加到 tc（Linux 流量控制工具）的入站或者出站接口上，以一种很高效的方式去执行各种包处理任务。这种使用方式在这个领域开创了一个新的天地。

并且 eBPF 通过使用为 IO Visor 项目开发的技术，使它的性能进一步得到提升：也为 XDP（“eXpress Data Path”）添加了新的钩子，XDP 是不久前添加到内核中的一种新式快速路径。XDP 与 Linux 栈组合，然后使用 BPF ，使包处理的速度更快。

甚至一些项目，如 P4、Open vSwitch，考虑 或者开始去接洽使用 BPF。其它的一些，如 CETH、Cilium，则是完全基于它的。BPF 是如此流行，因此，我们可以预计，不久之后，将围绕它有更多工具和项目出现 …

什么是BPF程序：

BPF is a highly flexible and efficient virtual machine-like construct in the Linux kernel allowing to execute bytecode at various hook points in a safe manner.

1. BPF程序 ----LLVM+Clang----> BPF字节码 ----JIT----> BPF指令集；
2. BPF架构采用一种新的虚拟机设计，包含支持x86_64, arm64, mips64等架构的指令集，BPF指令集程序可以高效地工作在基于寄存器架构（r0到r10）的CPU上；
3. Linux内核维护者不断开发hook点，可以在hook点上挂载BPF程序，当hook点对应的事件发生就可以执行BPF程序，BPF程序返回hook点预定义的值，Linux内核再根据返回值执行下一步操作(比如XDP类型的BPF程序挂载在指定的网络接口上，有数据包进入该网络接口，BPF程序对数据包进行解析然后根据协议字段进行判断，如果不符合规则就返回XDP_DROP，Linux内核根据该返回值就会丢弃该数据包)。

BPF工作原理：

BPF关键组件：

• BPF Hooks
  

• BPF映射：

1. BPF程序和用户空间程序通过BPF映射通信；
2. BPF映射以键/值保存在内核，可以被任何BPF程序访问，用户空间的程序可以通过文件描述符访问BPF映射
3. BPF映射类型：BPF映射支持多种数据结构，从而实现内核内部数据的组织以及用户态和内核态的通信，比如哈希表、数组、队列等等

4. BPF映射用途举例：

1)在BPF程序不中断的情况下修改其运行方式，修改映射中BPF程序访问的配置数据或应用数据，例如黑名单规定的IP列表和域名；

2)运行在内核的BPF程序统计进入指定网络接口的数据包信息，并将统计信息保存到BPF映射，用户态程序可以通过BPF映射获取数据包统计信息；

• BPF辅助函数(BPF Helper Function)：如其他语言生态会提供丰富的库提供大量的API函数，BPF也包含各种常用的辅助函数，提供操作内核数据和BPF映射的工具类函数；

1. 优点：通过定义和维护BPF辅助函数，由BPF辅助函数维护者处理Linux内核版本的迭代更新，对开发者透明，形成稳定的API接口；
2. BPF辅助函数列表：

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来源： https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/16215089.html