透视Linux内核，BPF神奇的Linux技术入门

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ithorizon 7个月前 (10-08) 阅读数 46 #Linux

透视Linux内核，BPF神奇的Linux技术入门

Linux内核作为操作系统的心脏，承载着系统的稳定性和高效性。在Linux内核的世界里，有一种神奇的技术——BPF（Berkeley Packet Filter），它能够让我们深入了解网络数据包的流动，并对其进行高效的过滤和操作。本文将带领大家入门BPF技术，探索其在Linux内核中的应用。

什么是BPF？

BPF是一种虚拟机，它允许用户在Linux内核中编写程序，对网络数据包进行过滤、匹配、跟踪等操作。BPF程序在内核空间执行，避免了用户空间和内核空间之间的数据拷贝，从而节约了网络处理的高效能。

BPF的历史与成长

BPF创立于BSD操作系统中，用于网络数据包过滤。后来，随着Linux内核的成长，BPF也被引入到Linux内核中。随着技术的逐步进步，BPF的功能越来越有力，逐渐成为Linux内核中不可或缺的一部分。

BPF的应用场景

BPF技术可以应用于以下场景：

网络数据包过滤：在Linux防火墙中，使用BPF程序对进出网络的数据包进行过滤，实现对网络稳固的控制。

网络流量监控：通过BPF程序对网络流量进行分析，了解网络使用情况，发现潜在的稳固威胁。

网络性能优化：利用BPF程序对网络性能进行监控和优化，节约网络传输高效能。

网络应用开发：在开发网络应用时，使用BPF程序对网络数据进行处理，实现高效的网络通信。

BPF程序的基本结构

BPF程序由指令和数据两部分组成。指令负责处理数据包，而数据则定义了数据包的格式和内容。

编写BPF程序

下面是一个明了的BPF程序示例，用于匹配特定端口的数据包：


struct bpf_program program = {
    .license = BPF_LICENSE_GPL,
    .insn_cnt = 4,
    .insns = (struct bpf_insn[]) {
        BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, offsetof(struct ethhdr, h_proto)),
        BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, ETH_P_TCP, 0, 1),
        BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, offsetof(struct iphdr, daddr)),
        BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, 192.168.1.1, 0, 1)
    }
};

在这个例子中，我们首先加载了以太网头部和IP头部中的数据，然后使用跳转指令进行匹配。如果匹配顺利，程序将跳转到标签1处执行。

BPF程序加载与执行

编写完BPF程序后，需要将其加载到内核中并执行。以下是一个明了的示例：


#include 
#include 
#include 
int main() {
    struct bpf_program program;
    int fd;
    // 加载BPF程序
    if (bpf_program_load(&program, "filter.bpf.o", BPF_PROG_TYPE_SKB_HND) != 0) {
        return -1;
    }
    // 打开socket
    fd = socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
    if (fd < 0) {
        return -1;
    }
    // 执行BPF程序
    while (1) {
        struct ethhdr *eth;
        struct iphdr *ip;
        char packet[ETH_HLEN + IP_HLEN];
        ssize_t len;
        len = recv(fd, packet, sizeof(packet), 0);
        if (len < 0) {
            return -1;
        }
        eth = (struct ethhdr *)packet;
        ip = (struct iphdr *)(packet + ETH_HLEN);
        if (bpf_run_filter(fd, packet, len, &program) != 0) {
            return -1;
        }
    }
    return 0;
}