Это очередная статья из цикла «BPF для самых маленьких» (0, 1, 2) и первая из серии практических статей про трассировку Linux современными средствами.

Из нее вы узнаете о программе и языке bpftrace — самом простом способе погрузиться в мир BPF с практической точки зрения, даже если вы не знаете про BPF ровным счетом ничего. Утилита bpftrace позволяет при помощи простого языка прямо из командной строки создавать программы-обработчики и подсоединять их к огромному количеству событий ядра и пространства пользователя. Посмотрите на КПДВ ниже… поздравляю, вы уже умеете трейсить системные вызовы при помощи bpftrace!

В отличие от предыдущих статей серии, эта относительно короткая и ее основная часть написана в формате туториала, так что уже после пяти минут чтения вы сможете создавать обработчики и собирать статистику о любом событии в ядре Linux прямо из командной строки. В конце статьи рассказывается об альтернативах — ply и BCC. Минуты во фразе «после пяти минут чтения» подразумеваются меркурианские. Появление уникальных навыков после пяти минут чтения не гарантируется.

Продолжаем серию статей про BPF — универсальную виртуальную машину ядра Linux — и в этом выпуске расскажем о том, какие типы программ BPF существуют, и как они используются в реальном мире капиталистического чистогана. Кроме этого, в конце статьи приведено некоторое количество ссылок, в частности, на две с половиной существующие книжки про BPF.

В ядре Linux версии 5.9 определено больше тридцати разных типов программ BPF, и про некоторые из этих типов я собираюсь написать по несколько статей, так что эта статья, поневоле, обзорная и не содержит такого количества технических деталей, как предыдущие. Но, тем не менее, мы постараемся, наконец-то, ответить на вопрос, зачем все это нужно и почему вокруг BPF так много шума.

Если вы хотите узнать, как именно BPF помогает эффективно решать задачи защиты от DDoS атак, распределения нагрузки на серверы, реализации сетевого стека kubernetes, защиты систем от нападения, эффективной трассировки систем 24x7 прямо в проде и многие другие, то добро пожаловать под кат.

В начале была технология и называлась она BPF. Мы посмотрели на нее в предыдущей, ветхозаветной, статье этого цикла. В 2013 году усилиями Алексея Старовойтова (Alexei Starovoitov) и Даниэля Боркмана (Daniel Borkman) была разработана и включена в ядро Linux ее усовершенствованная версия, оптимизированная под современные 64-битные машины. Эта новая технология недолгое время носила название Internal BPF, затем была переименована в Extended BPF, а теперь, по прошествии нескольких лет, все ее называют просто BPF.

Грубо говоря, BPF позволяет запускать произвольный код, предоставляемый пользователем, в пространстве ядра Linux и новая архитектура оказалась настолько удачной, что нам потребуется еще с десяток статей, чтобы описать все ее применения. (Единственное с чем не справились разработчики, как вы можете видеть на кпдв ниже, это с созданием приличного логотипа.)

В этой статье описывается строение виртуальной машины BPF, интерфейсы ядра для работы с BPF, средства разработки, а также краткий, очень краткий, обзор существующих возможностей, т.е. всё то, что нам потребуется в дальнейшем для более глубокого изучения практических применений BPF.

Berkeley Packet Filters (BPF) — это технология ядра Linux, которая не сходит с первых полос англоязычных технических изданий вот уже несколько лет подряд. Конференции забиты докладами про использование и разработку BPF. David Miller, мантейнер сетевой подсистемы Linux, называет свой доклад на Linux Plumbers 2018 «This talk is not about XDP» (XDP – это один из вариантов использования BPF). Brendan Gregg читает доклады под названием Linux BPF Superpowers. Toke Høiland-Jørgensen смеется, что ядро это теперь microkernel. Thomas Graf рекламирует идею о том, что BPF — это javascript для ядра.

На Хабре до сих пор нет систематического описания BPF, и поэтому я в серии статей постараюсь рассказать про историю технологии, описать архитектуру и средства разработки, очертить области применения и практики использования BPF. В этой, нулевой, статье цикла рассказывается история и архитектура классического BPF, а также раскрываются тайны принципов работы tcpdump, seccomp, strace, и многое другое.

Разработка BPF контролируется сетевым сообществом Linux, основные существующие применения BPF связаны с сетями и поэтому, с позволения @eucariot, я назвал серию "BPF для самых маленьких", в честь великой серии "Сети для самых маленьких".