XDP 的架构设计

XDP 总体设计包括以下几个部分：

XDP 驱动：是网卡驱动中的一个 XDP 程序的挂载点，每当网卡接收到一个数据包就会执行这个 XDP 程序。XDP 程序可以对数据包进行逐层解析、按规则进行过滤，或者对数据包进行封装或者解封装，修改字段对数据包进行转发等；
BPF VM（虚拟机）：一个 XDP 程序首先是由用户编写用受限制的 C 语言编写的，然后通过 clang 前端编译生成 BPF bytecode，然后加载到 Kernel 之后运行在 eBPF VM 上，通过 JIT 编译器将 bytecode 编译成 CPU 平台指令集。eBPF VM 支持 XDP 程序的动态加载和卸载；
BPF Maps：键值对存储，作为用户态程序和内核态 XDP 程序之间、以及内核态 XDP 程序之间的通信媒介，类似于进程间通信的共享内存访问。用户态程序可以在 BPF Maps 中预定义规则，XDP 程序匹配 Maps 中的规则对数据包进行过滤等。XDP 程序将数据包统计信息存入 Maps，用户态程序可访问 Maps 获取数据包统计信息。
BPF Verifier：如何确保 XDP 程序加载到 Kernel 之后不会导致内核崩溃或者带来其他的安全问题呢？Verifier（程序校验器）就是在将XDP bytecode 加载到 Kernel 之前对 bytecode 进行安全检查，例如：判断是否有循环，程序长度是否超过限制，程序内存访问是否越界，程序是否包含不可达的指令等；
XDP Action：
- XDP_DROP：在驱动层丢弃报文，通常用于实现 DDoS 或防火墙。
- XDP_PASS：允许报文上送到内核网络栈，同时处理该报文的 CPU 会分配并填充一个 SKB，将其传递到 GRO 引擎。之后的处理与没有 XDP 程序的过程相同。
- XDP_TX：从当前网卡发送出去。
- XDP_REDIRECT：从其他网卡发送出去。
- XDP_ABORTED：表示程序产生了异常，其行为和 XDP_DROP 相同，但 XDP_ABORTED 会经过 trace_xdp_exception tracepoint，因此可以通过 tracing 工具来监控这种非正常行为。
AF_XDP：是为高性能数据包处理而优化的地址族，AF_XDP Socket 使 XDP 程序可以将数据帧重定向到用户空间应用程序中的内存缓冲区。

XDP 的包处理

XDP 程序示例

下面是一个最小的完整 XDP 程序，实现丢弃包的功能。

// file: xdp-example.c#include <linux/bpf.h>#ifndef __section
# define __section(NAME)                  \__attribute__((section(NAME), used))
#endif__section("prog")
int xdp_drop(struct xdp_md *ctx)
{return XDP_DROP;
}char __license[] __section("license") = "GPL";

用下面的命令编译并加载到内核：

$ clang -O2 -Wall -target bpf -c xdp-example.c -o xdp-example.o
$ ip link set dev em1 xdp obj xdp-example.o

NOTE：以上命令将一个 XDP 程序 Attach 到一个网络设备，需要是 Linux 4.11 内核中支持 XDP 的设备，或者 4.12+ 版本的内核。

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