bpf架构 - Object Pinning和Tail Calls篇

囧囧妹 2022-07-29

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一、Object Pinning

BPF 映射和程序充当内核资源，只能通过文件描述符访问，并由内核中的匿名 inode 支持。优点，但也有一些缺点：

用户空间应用程序可以使用大多数与文件描述符相关的 API，为 Unix 域套接字传递的文件描述符透明地工作等，但同时，文件描述符仅限于进程的生命周期，这使得地图共享等选项相当麻烦执行。

因此，它为某些用例带来了许多复杂性，例如 iproute2，其中 tc 或 XDP 设置并将程序加载到内核中并最终自行终止。这样，从用户空间端也无法访问地图，否则它可能很有用，例如，当地图在数据路径的入口和出口位置之间共享时。此外，第三方应用程序可能希望在 BPF 程序运行期间监视或更新地图内容。

为了克服这个限制，实现了一个最小内核空间的 BPF 文件系统，其中 BPF 映射和程序可以被固定到，这个过程称为对象固定。因此，BPF 系统调用扩展了两个新命令，它们可以固定（BPF_OBJ_PIN
）或检索（BPF_OBJ_GET
）先前固定的对象。

例如，像 tc 这样的工具利用这个基础设施来共享入口和出口的地图。BPF 相关的文件系统不是单例的，它确实支持多个挂载实例、硬链接和软链接等。

二、Tail Calls

可以与 BPF 一起使用的另一个概念称为尾调用。尾调用可以看作是一种机制，它允许一个 BPF 程序调用另一个程序，而不返回到旧程序。这样的调用具有最小的开销，因为与函数调用不同，它被实现为长跳转，重用相同的堆栈帧。

这样的程序相互独立验证，因此对于传输状态，无论是作为暂存缓冲区的每个 CPU 映射还是在 tc 程序的情况下，都必须使用skb
诸如区域之类的字段。cb[]

只有同类型的程序才能被尾调用，而且它们在JIT编译方面也需要匹配，这样既可以调用JIT编译的程序，也可以调用只有解释程序的程序，但不能混在一起调用。

执行尾调用涉及两个组件：第一部分需要设置一个称为程序数组BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY
（第二部分是一个 bpf_tail_call()
帮助器，其中传递了上下文、对程序数组的引用和查找键。然后内核将这个助手调用直接内联到专门的 BPF 指令中。这种程序数组目前在用户空间端是只写的。

内核从传递的文件描述符中查找相关的 BPF 程序，并原子地替换给定映射槽处的程序指针。当在提供的键上没有找到映射条目时，内核将“失败”并继续执行旧程序，并使用bpf_tail_call()
. 尾调用是一个强大的实用程序，例如，可以通过尾调用来构造解析网络标头。在运行时，可以自动添加或替换功能，从而改变 BPF 程序的执行行为。

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