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从零开始学习eBPF：搭建自己的Linux内核编程环境

随着云计算和虚拟化技术的快速发展，Linux 内核编程成为了越来越多人关注的焦点。eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）作为一种新兴的内核编程技术，被广泛应用于网络、安全、性能监控等领域。本文将从零开始，带领大家搭建自己的 Linux 内核编程环境，探索 eBPF 技术的魅力。

一、eBPF 简介

eBPF 是一种用于 Linux 内核的高效、安全的编程语言，它允许用户在内核中编写代码，对网络、系统调用、文件系统等进行过滤、跟踪和修改。eBPF 代码可以在用户态和内核态之间高效地执行，降低了系统开销，提高了性能。

二、搭建 Linux 内核编程环境

安装编译工具

首先，我们需要安装编译 Linux 内核所需的工具，如gcc、make、git等。以下是在 Ubuntu 系统上安装这些工具的命令：

sudo apt-get update

sudo apt-get install build-essential git

下载 Linux 内核源码

接下来，从 Linux 内核官网下载最新的内核源码：

git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git

cd linux

安装依赖库

eBPF 需要依赖一些内核模块和库，以下是安装依赖库的命令：

sudo apt-get install libelf-dev libncurses5-dev libssl-dev

配置内核编译选项

进入内核源码目录，执行以下命令配置内核编译选项：

make menuconfig

在菜单中，找到“Kernel hacking”选项，将其设置为“Y”，然后保存退出。这样，内核编译时会包含 eBPF 相关的代码。

编译内核

在内核源码目录下，执行以下命令编译内核：

make

make modules_install

make install

设置内核模块加载路径

在 /etc/modules-load.d/ 目录下创建一个名为 ebpf.conf 的文件，内容如下：

ebpf

安装内核头文件和模块

执行以下命令安装内核头文件和模块：

sudo make headers_install

sudo make modules_install

重启系统

重启系统后，新的内核生效，Linux 内核编程环境搭建完成。

三、编写 eBPF 程序

创建 eBPF 程序

在 Linux 内核编程环境中，我们可以使用 C 语言编写 eBPF 程序。以下是一个简单的 eBPF 程序示例，用于跟踪网络数据包：

#include 

#include 



static int _license(void) __attribute__((section("license")));

static int _license(void) {

    return 0;

}



static struct bpf_program prog = {

    .license = _license,

    .insns = (struct bpf_insn[]) {

        BPF_LD | BPF_H | BPF_ABS | BPF_LEN,

        0, 0, 0, 0, // load len into reg 0

        BPF_LDX | BPF_W | BPF_LEN,

        0, 0, 0, 0, // load len into reg 1

        BPF_STX | BPF_W | BPF_REG0,

        0, 0, 0, 0, // store len into packet

        BPF_EXIT,

    },

};



char _license[] __section("license") = "GPL";



char LICENSE[] = "GPL";



int main() {

    return 0;

}

编译 eBPF 程序

将上述代码保存为 ebpf.c，然后在内核源码目录下执行以下命令编译 eBPF 程序：

gcc -o ebpf.o ebpf.c -I$(pwd)/include -I$(pwd)/tools/include -fno-stack-protector -fno-strict-aliasing -O2

加载 eBPF 程序

在内核源码目录下执行以下命令加载 eBPF 程序：

sudo insmod ebpf.ko

验证 eBPF 程序

现在，您可以使用 tcpdump 或其他工具来验证 eBPF 程序是否正常工作。以下是一个使用 tcpdump 验证 eBPF 程序的示例：

sudo tcpdump -i any -w capture.pcap

在执行其他网络操作（如访问网页、发送邮件等）后，查看 capture.pcap 文件，您会发现 eBPF 程序成功跟踪了网络数据包。

通过以上步骤，您已经成功搭建了自己的 Linux 内核编程环境，并编写了一个简单的 eBPF 程序。希望本文能帮助您更好地了解 eBPF 技术及其应用。