eBPF
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目录
BPF 环境搭建
系统环境准备
内核版本选择
补丁 Prepatch
Prepatch 或 “RC” 内核是主线内核的预发布版本，主要针对其他内核开发者和 Linux 爱好者。它们必须从源码中编译，并且通常包含新的功能，这些功能必须在稳定发布之前进行测试。Prepatch 内核由 Linus Torvalds 维护和发布。
主线版 Mainline
主线版本由 Linus Torvalds 维护。它是介绍所有新功能的版本，包含了所有令人兴奋的新开发的功能。新的主线内核每 2-3 个月发布一次。
稳定版 Stable
每一个主线内核发布后，它都被认为是 “稳定的”。任何稳定内核的错误修复都会从主线版本上回溯，并由指定的稳定内核维护者应用。在下一个主线内核可用之前，通常只有几个错误修复内核的发布 – 除非它被指定为 “长期维护内核”。稳定的内核更新是根据需要发布的，通常一周一次。
长期版 Longterm
通常会有几个 “长期维护 “的内核版本，目的是为旧内核树的错误进行后向（backporting）修正。只有重要的bug 修复才会被应用到这长期内核版本中，而且它们通常不会频繁发布，尤其是对于老的内核版本。
当前长期版本如下：
| Version | Maintainer | Released | Projected EOL |
|---|---|---|---|
| 5.4 | Greg Kroah-Hartman & Sasha Levin | 2019-11-24 | Dec, 2025 |
| 4.19 | Greg Kroah-Hartman & Sasha Levin | 2018-10-22 | Dec, 2024 |
| 4.14 | Greg Kroah-Hartman & Sasha Levin | 2017-11-12 | Jan, 2024 |
| 4.9 | Greg Kroah-Hartman & Sasha Levin | 2016-12-11 | Jan, 2023 |
| 4.4 | Greg Kroah-Hartman & Sasha Levin | 2016-01-10 | Feb, 2022 |
基于上述内核版本信息，我们选择最新 LTS 版本 5.4，5.4 版本最新版本为 5.4.75。
Ubuntu 20.04 搭建 - VirtualBox + Vagrant
本文的操作环境基于 VirtualBox + Vagrant 搭建，你需要提前安装好 VirtualBox 和 Vagrant，操作系统采用 Ubuntun 20.04 Focal Fossa，其内核版本为 5.4.0， Ubuntu 的完整发行版本列表参见：wikipedia。
| 版本 | 开发代号 | 发布日期 | 标准支持结束时间 | 延迟支持时间 | 内核版本 |
|---|---|---|---|---|---|
| 20.04 LTS | Focal Fossa | 2020-04-23 | 2025-04 | 2030-04 | 5.4 |
采用 vagrant 安装命令如下：
$ vagrant init bento/ubuntu-20.04
$ vagrant up
$ vagrant ssh
$ cat /etc/issue # 查看发行版本
Ubuntu 20.04.1 LTS \n \l
$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description: Ubuntu 20.04.1 LTS
Release: 20.04
Codename: focal
$ uname -rs
Linux 5.4.0-52-generic
$ uname -a
Linux vagrant 5.4.0-52-generic #57-Ubuntu SMP Thu Oct 15 10:57:00 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
$ sudo dpkg --get-selections |grep linux-image
linux-image-5.4.0-52-generic install
linux-image-generic install内核升级方式【备选资料】
到 Ubuntu 网站 http://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/
选择所需要的 Ubuntu 内核版本目录，比如最新的内核版本 v5.4.75 目录（发布日期 2020 年 11 月 05 日）
在介绍页面中，根据硬件的架构选择内核版本，X86 硬件架构 64 位操作系统应选择 AMD64
下载对应的 deb 包
$ wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v5.4.75/amd64/linux-headers-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb $ wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v5.4.75/amd64/linux-image-unsigned-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb $ wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v5.4.75/amd64/linux-modules-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb $ ls -hl total 59M -rw-r--r-- 1 root root 1.2M Nov 5 12:51 linux-headers-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb -rw-r--r-- 1 root root 8.5M Nov 5 12:50 linux-image-unsigned-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb -rw-r--r-- 1 root root 50M Nov 5 12:50 linux-modules-5.4.75-050475-generic_5.4.75-050475.202011051231_amd64.deb安装新的内核
$ sudo dpkg -i *.deb升级完成后，重启系统，再次检查内核版本，检查已经为最新的 5.4.75 版本。
# uname -sr Linux 5.4.75-050475-generic
系统安装包准备（包括BPF组件）
在操作系统环境准备好以后，我们需要安装 BPF 技术测试的必要系统组件，安装命令如下：
$ sudo apt update
$ sudo apt install build-essential git make libelf-dev clang llvm strace tar bpfcc-tools linux-headers-$(uname -r) gcc-multilib flex bison libssl-dev -y笔记者：这里分解一下需要安装的东西
- build-essential： 这是一个可以在 Ubuntu 上构建软件的元包。它包含了编译软件时所需的大量工具和库文件。
- git： 这是一个版本控制工具，它用于管理代码版本，你也可以使用其他版本控制工具。
- make： 这是用于自动执行编译工作流程的工具。
- libelf-dev： 这是一个管理 ELF 文件格式的库文件，ELF 是 Linux 可执行文件的一种标准格式。
- clang： 这是一种用于编译 C、C++ 和 Objective-C 的编译器，通常比 GCC 更快。
- llvm： 这是一个编译基础设施，它可以将高级语言翻译成低级语言（如汇编语言）。
- strace： 这是一个用于监视系统调用和信号的命令行工具。
- tar： 这是一个用于归档和解压缩文件的工具。
- bpfcc-tools： 这是一个用于开发 BPF 工具和程序的一组工具包。
- linux-headers-$(uname -r)： 这个包包含了用于编译内核模块的头文件，其中
$(uname -r)会自动获取当前正在使用的内核版本号。 - gcc-multilib： 这是 GCC 版本控制工具的一个补充包，用于针对不同的体系结构生成目标代码。
- flex： 这是一个用于生成词法分析器的工具。
- bison： 这是一个用于生成语法分析器的工具。
- libssl-dev： 这是一个管理 SSL/TLS 加密库文件的库文件，开发人员可以使用它为软件加入对 SSL/TLS 的支持。
内核源码编译
apt 安装源码 （二选一，推荐）
一般情况下推荐采用 apt 方式的安装源码，安装简单而且只安装当前内核的源码，源码的大小在 200M 左右
下载源码
# 编译内核需要的依赖包
$ sudo apt-get install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev
$ apt-cache search linux-source
linux-source - Linux kernel source with Ubuntu patches
linux-source-5.4.0 - Linux kernel source for version 5.4.0 with Ubuntu patches
linux-hwe-5.8-source-5.8.0 - Linux kernel source for version 5.8.0 with Ubuntu patches
$ apt install linux-source-5.4.0
Reading package lists... Done
Building dependency tree
Reading state information... Done
Suggested packages:
kernel-package libqt3-dev
The following NEW packages will be installed:
linux-source-5.4.0
0 upgraded, 1 newly installed, 0 to remove and 38 not upgraded.
Need to get 135 MB of archives.
After this operation, 150 MB of additional disk space will be used.
Get:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu focal-updates/main amd64 linux-source-5.4.0 all 5.4.0-52.57 [135 MB]
Fetched 135 MB in 27s (5,015 kB/s)
Selecting previously unselected package linux-source-5.4.0.
(Reading database ... 81402 files and directories currently installed.)
Preparing to unpack .../linux-source-5.4.0_5.4.0-52.57_all.deb ...
Unpacking linux-source-5.4.0 (5.4.0-52.57) ...
Setting up linux-source-5.4.0 (5.4.0-52.57) ...安装源码
$ cd /usr/src # 源码安装至 `/usr/src/` 目录下
$ ls -hl
total 4.0K
drwxr-xr-x 4 root root 4.0K Nov 9 13:22 linux-source-5.4.0
lrwxrwxrwx 1 root root 45 Oct 15 10:28 linux-source-5.4.0.tar.bz2 -> linux-source-5.4.0/linux-source-5.4.0.tar.bz2
$ tar -jxvf linux-source-5.4.0.tar.bz2
$ cd linux-source-5.4.0
$ make scripts # 构建 Linux 内核所需的一些辅助工具和脚本
$ cp -v /boot/config-$(uname -r) .config # 确保新编译的内核与当前正在使用的内核具有相同的配置。make defconfig 或者 make menuconfig
$ make headers_install # 安装内核头文件到 /usr/include 目录中
$ make M=samples/bpf # 编译 BPF 样例程序。如果配置出错，可以使用 make oldconfig && make prepare 修复（生成新内核的配置文件）内核代码 Git 下载（二选一）
如果我们的学习过程中需要持续用到多个版本，那么可以从 Ubuntun 官方维护的 git 仓库下载整个仓库包，下载的源码大小在 3G 左右。
Ubuntun 内核代码安装教程参见：KernelGitGuide。在线内核版本参见这里，编译前可以先阅读 README.rst。
$ lsb_release -cs
focal
$ git clone git://git.launchpad.net/~ubuntu-kernel/ubuntu/+source/linux/+git/$(lsb_release -cs)
# 源码下载完成后，通常为 master 分支，我们可以切换到我们系统的本地版本号
$ cat /proc/version_signature
Ubuntu 5.4.0-52.57-generic 5.4.65
$ git checkout -b temp Ubuntu-5.4.0-52.57
# 如果后续不需要可以通过 git branch -d temp 删除
$ git log
commit 3f9bcec55a41c263d2f43a7ebbd8256b85767fe5 (HEAD -> temp, tag: Ubuntu-5.4.0-52.57, origin/master, origin/HEAD, master)
Author: Stefan Bader <stefan.bader@canonical.com>
Date: Thu Oct 15 12:28:28 2020 +0200
UBUNTU: Ubuntu-5.4.0-52.57
Signed-off-by: Stefan Bader <stefan.bader@canonical.com>源码下载以后，编译方式与 apt 按照的方式一致。
编译错误
scripts/mod/modpos 报错
WARNING: Symbol version dump ./Module.symvers
is missing; modules will have no dependencies and modversions.
Building modules, stage 2.
MODPOST 0 modules
/bin/sh: 1: scripts/mod/modpost: not found
make[1]: *** [scripts/Makefile.modpost:94: __modpost] Error 127
make: *** [Makefile:1670: modules] Error 2可以通过 make scripts 来补全脚本：
$ make scripts"asm/x.h" 头文件缺少
./include/linux/spinlock.h:60:10: fatal error: 'asm/mmiowb.h' file not found
#include <asm/mmiowb.h>
^~~~~~~~~~~~~~
1 error generated.
CC samples/bpf/syscall_nrs.s
In file included from ./include/uapi/linux/unistd.h:8,
from samples/bpf/syscall_nrs.c:2:
./arch/x86/include/asm/unistd.h:19:12: fatal error: asm/unistd_64_x32.h: No such file or directory
19 | # include <asm/unistd_64_x32.h>
| ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.
make[1]: *** [scripts/Makefile.build:99: samples/bpf/syscall_nrs.s] Error 1
make: *** [Makefile:1757: samples/bpf] Error 2通过查找发现系统中的头文件有对应的文件：
$ sudo find / -name mmiowb.h
/usr/src/linux-headers-5.4.0-52-generic/arch/x86/include/generated/asm/mmiowb.h
$ sudo cat /usr/src/linux-headers-5.4.0-52-generic/arch/x86/include/generated/asm/mmiowb.h
#include <asm-generic/mmiowb.h>在 include 文件中创建 asm 目录，并将该 /usr/src/linux-headers-5.4.0-52-generic/arch/x86/include/generated 目下的全部文件复制到 include/asm 目录下：
$ mkdir -p include/asm
$ sudo cp /usr/src/linux-headers-5.4.0-52-generic/arch/x86/include/generated/asm/* include/asm参见： https://www.mail-archive.com/openembedded-core@lists.openembedded.org/msg127370.html
"generated/x.h" 报错
./include/linux/page-flags-layout.h:6:10: fatal error: 'generated/bounds.h' file not found
#include <generated/bounds.h>
^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
^Cmake[1]: *** [samples/bpf/Makefile:286: samples/bpf/xdp_tx_iptunnel_kern.o] Interrupt
make: *** [Makefile:1757: samples/bpf] Interrupt解决方式
$ cp -r /usr/src/linux-headers-5.4.0-52-generic/include/generated/* ./include/generated关于 headers 与 headers.x.y-z-generic 的区别：
linux-headers-5.4.0-52 Header files related to Linux kernel version 5.4.0
linux-headers-5.4.0-52-generic Linux kernel headers for version 5.4.0 on x86/x86_64其他报错
可参考 https://lore.kernel.org/lkml/20190518004639.20648-3-mcroce@redhat.com/T/
目录：
- samples/bpf: fix test_lru_dist build
- libbpf: add missing typedef
- samples/bpf: fix xdpsock_user build error
- samples/bpf: fix tracex5_user build error
- samples/bpf: fix hbm build error
评论中所说的报错
如果遇到 sys/capability.h: No such file or directory
则可尝试 apt install libcap-dev
如果遇到 Cannot find a vmlinux for VMLINUX_BTF
则可尝试：make VMLINUX_BTF=/sys/kernel/btf/vmlinux M=samples/bpf
笔记者遇到的报错
报错：找不到vmlinux
samples/bpf/Makefile:369: *** Cannot find a vmlinux for VMLINUX_BTF at any of " /usr/src/linux-source-5.15.0/vmlinux", build the kernel or set VMLINUX_BTF or VMLINUX_H variable. Stop.
make: *** [Makefile:1914: samples/bpf] Error 2这是因为未成功编译内核
方法一
编译内核
$ make方法二
是显式指定 vmlinux 文件路径，使用原来Linux系统的 vmlinux
export VMLINUX_BTF=/path/to/vmlinux报错2：
又是和vmlinux有关……
make[1]: *** No rule to make target '/path/to/vmlinux', needed by 'samples/bpf/vmlinux.h'. Stop.
make: *** [Makefile:1914: samples/bpf] Error 2
# 或
make[2]: *** No rule to make target '/path/to/vmlinux', needed by '/usr/src/linux-source-5.15.0/samples/bpf/vmlinux.h'. Stop.
make[1]: *** [Makefile:1914: /usr/src/linux-source-5.15.0/samples/bpf] Error 2
make[1]: Leaving directory '/usr/src/linux-source-5.15.0'
make: *** [Makefile:275: all] Error 2ample/bpf 样例
$ make M=samples/bpf
# 清理
$ make M=samples/bpf clean"Hello BPF"
内核中的程序 hello_kern.c：
#include <linux/bpf.h>
#include "bpf_helpers.h"
#define SEC(NAME) __attribute__((section(NAME), used))
SEC("tracepoint/syscalls/sys_enter_execve")
int bpf_prog(void *ctx)
{
char msg[] = "Hello BPF!\n";
bpf_trace_printk(msg, sizeof(msg));
return 0;
}
char _license[] SEC("license") = "GPL";用户态的程序 hello_user.c:
#include <stdio.h>
#include "bpf_load.h"
int main(int argc, char **argv)
{
if( load_bpf_file("hello_kern.o") != 0)
{
printf("The kernel didn't load BPF program\n");
return -1;
}
read_trace_pipe();
return 0;
}在对应的位置修改 Makefile 文件，添加以下三行：
hostprogs-y += hello
hello-objs := bpf_load.o hello_user.o
always += hello_kern.o编译
# V=1 查看详细编译输出
# make M=samples/bpf V=1编译后的效果
# ls -hl samples/bpf/hello*
-rwxr-xr-x 1 root root 404K Nov 10 10:01 samples/bpf/hello
-rw-r--r-- 1 root root 296 Nov 10 09:58 samples/bpf/hello_kern.c
-rw-r--r-- 1 root root 3.7K Nov 10 10:02 samples/bpf/hello_kern.o
-rw-r--r-- 1 root root 220 Nov 10 09:57 samples/bpf/hello_user.c
-rw-r--r-- 1 root root 2.2K Nov 10 10:01 samples/bpf/hello_user.o运行 hello 程序，在另外一个终端执行 ls -hl，则输出结果如下：
# ./hello
<...>-113094 [000] .... 8411.799754: 0: Hello BPF!参考
- What Stable Kernel Should I Use? 作者为 LTS 版本维护者 Greg Kroah-Hartman 中文
- How to compile and install Linux Kernel 5.6.9 from source code
- Can’t find the source of some “asm”, “generated” header files in linux kernel?
- 编译运行Linux内核源码中的BPF示例代码
- Ubuntu下bpf纯c程序的编写与运行
- https://me.csdn.net/qq_34258344
- 站点 Linux 服务器分布趋势
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