eBPF内核探测中将任意系统调用转换成事件

Linux 4.4 以上内核基于 eBPF 可以将任何内核函数调用转换成可带任何数据的用户空间事件。上回，我们说到bpf_trace_printk 带的参数太多了，会出现error: <unknown>:0:0: in function kprobe__inet_listen i32 (%struct.pt_regs*): too many args to 0x55a83e8f8320: i64 = Constant<6>这样的错误，这是 BPF 的限制。解决这个问题的办法就是使用 perf，它支持传递任意大小的结构体到用户空间。
我们对比原来的代码进行修改，原代码如下：

from bcc import BPF# Hello BPF Program
bpf_text = """
#include <net/inet_sock.h>
#include <bcc/proto.h>
#include <net/sock.h>
// 1. Attach kprobe to "inet_listen"
int kprobe__inet_listen(struct pt_regs *ctx, struct socket *sock, int backlog)
{// cast types. Intermediate cast not needed, kept for readabilitystruct sock *sk = sock->sk;struct inet_sock *inet = (struct inet_sock *)sk;// Create an populate the variableu32 netns = 0;// Read the netns inode number, like /proc doesnetns = sk->__sk_common.skc_net.net->ns.inum;bpf_trace_printk("Listening on %x %d with %d pending connections in container %d \\n", inet->inet_rcv_saddr, inet->inet_sport, backlog, netns);return 0;
};
"""# 2. Build and Inject program
b = BPF(text=bpf_text)# 3. Print debug output
while True:print b.trace_readline()

运行时会出现如下错误：
要使用 perf，我们需要：

定义一个结构体
声明一个事件
推送（push）事件
Python 端再定义一遍这个事件（将来这一步就不需要了）
消费并格式化输出事件

为了使内核检测器验证这个程序的内存访问是合法的，我们让内存访问变得更加显式，使用受信任的 bpf_probe_read 函数，可以用它读取任何内存地址。

为了使得程序可以正常运行，bpf_trace_printk 先使用三个参数，只获取IP信息，端口和 backlog 信息，将程序改为：

from bcc import BPF# BPF Program
bpf_text = """
#include <net/sock.h>
#include <net/inet_sock.h>
#include <bcc/proto.h>// Send an event for each IPv4 listen with PID, bound address and port
int kprobe__inet_listen(struct pt_regs *ctx, struct socket *sock, int backlog)
{// Cast types. Intermediate cast not needed, kept for readabilitystruct sock *sk = sock->sk;struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);// Working values. You *need* to initialize them to give them "life" on the stack and use them afterwardu32 laddr = 0;u16 lport = 0;// Pull in details. As 'inet_sk' is internally a type cast, we need to use 'bpf_probe_read'// read: load into 'laddr' 'sizeof(laddr)' bytes from address 'inet->inet_rcv_saddr'bpf_probe_read(&laddr, sizeof(laddr), &(inet->inet_rcv_saddr));bpf_probe_read(&lport, sizeof(lport), &(inet->inet_sport));// Push eventbpf_trace_printk("Listening on %x %d with %d pending connections\\n", ntohl(laddr), ntohs(lport), backlog);return 0;
};
"""# Build and Inject BPF
b = BPF(text=bpf_text)# Print debug output
while True:print b.trace_readline()

运行程序，在另一终端使用nc小工具建立单连接，结果如下：
可以看到，我们已经成功地使用bpf_probe_read读取到了相应变量的地址，获取了IP信息，端口和 backlog 信息。接下来我们使用perf，修改程序，使得bpf_trace_printk 带的参数超过三个。

在c程序中加入以下代码：

struct listen_evt_t {u64 laddr;u64 lport;u64 netns;u64 backlog;
};
BPF_PERF_OUTPUT(listen_evt);

在kprobe__inet_listen函数中使用以下代码代替bpf_trace_printk：

struct listen_evt_t evt = {.laddr = ntohl(laddr),.lport = ntohs(lport),.netns = netns,.backlog = backlog,
};
listen_evt.perf_submit(ctx, &evt, sizeof(evt));

在python中加入以下代码：

# We need ctypes to parse the event structure
import ctypes# Declare data format
class ListenEvt(ctypes.Structure):_fields_ = [("laddr",   ctypes.c_ulonglong),("lport",   ctypes.c_ulonglong),("netns",   ctypes.c_ulonglong),("backlog", ctypes.c_ulonglong),]# Declare event printer
def print_event(cpu, data, size):event = ctypes.cast(data, ctypes.POINTER(ListenEvt)).contentsprint("Listening on %x %d with %d about %d" % (event.laddr,event.lport,event.backlog,event.netns,))

使用以下代码代替python中的循环输出：

b["listen_evt"].open_perf_buffer(print_event)
while True:b.kprobe_poll()

最终修改后的代码如下：

from bcc import BPF# We need ctypes to parse the event structure
import ctypes# Declare data format
class ListenEvt(ctypes.Structure):_fields_ = [("laddr",   ctypes.c_ulonglong),("lport",   ctypes.c_ulonglong),("netns",   ctypes.c_ulonglong),("backlog", ctypes.c_ulonglong),]# Declare event printer
def print_event(cpu, data, size):event = ctypes.cast(data, ctypes.POINTER(ListenEvt)).contentsprint("Listening on %x %d with %d about process %d" % (event.laddr,event.lport,event.backlog,event.netns,))# BPF Program
bpf_text = """
#include <net/sock.h>
#include <net/inet_sock.h>
#include <bcc/proto.h>struct listen_evt_t {u64 laddr;u64 lport;u64 netns;u64 backlog;
};
BPF_PERF_OUTPUT(listen_evt);// Send an event for each IPv4 listen with PID, bound address and port
int kprobe__inet_listen(struct pt_regs *ctx, struct socket *sock, int backlog)
{// Cast types. Intermediate cast not needed, kept for readabilitystruct sock *sk = sock->sk;struct inet_sock *inet = inet_sk(sk);// Working values. You *need* to initialize them to give them "life" on the stack and use them afterwardu32 laddr = 0;u16 lport = 0;// Create an populate the variableu32 netns = 0;// Read the netns inode number, like /proc doesnetns = sk->__sk_common.skc_net.net->ns.inum;// Pull in details. As 'inet_sk' is internally a type cast, we need to use 'bpf_probe_read'// read: load into 'laddr' 'sizeof(laddr)' bytes from address 'inet->inet_rcv_saddr'bpf_probe_read(&laddr, sizeof(laddr), &(inet->inet_rcv_saddr));bpf_probe_read(&lport, sizeof(lport), &(inet->inet_sport));// Push eventstruct listen_evt_t evt = {.laddr = ntohl(laddr),.lport = ntohs(lport),.netns = netns,.backlog = backlog,};listen_evt.perf_submit(ctx, &evt, sizeof(evt));//bpf_trace_printk("Listening on %x %d with %d pending connections\\n", ntohl(laddr), ntohs(lport), backlog);return 0;
};
"""# Build and Inject BPF
b = BPF(text=bpf_text)# Print debug output
b["listen_evt"].open_perf_buffer(print_event)
while True:b.kprobe_poll()

运行程序，在另一终端使用nc小工具建立单连接：

程序结果如下：

可以看到，我们已经成功地使用bpf_probe_read读取到了相应变量的地址，使用perf使得bpf_trace_printk 带了四个参数参数，获取了IP信息，端口、backlog 信息和网络命名空间。

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