samples/bpf/bpf_load.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <sys/types.h>
   3 #include <sys/stat.h>
   4 #include <fcntl.h>
   5 #include <libelf.h>
   6 #include <gelf.h>
   7 #include <errno.h>
   8 #include <unistd.h>
   9 #include <string.h>
  10 #include <stdbool.h>
  11 #include <stdlib.h>
  12 #include <linux/bpf.h>
  13 #include <linux/filter.h>
  14 #include <linux/perf_event.h>
  15 #include <linux/netlink.h>
  16 #include <linux/rtnetlink.h>
  17 #include <sys/types.h>
  18 #include <sys/socket.h>
  19 #include <sys/syscall.h>
  20 #include <sys/ioctl.h>
  21 #include <sys/mman.h>
  22 #include <poll.h>
  23 #include <ctype.h>
  24 #include "libbpf.h"
  25 #include "bpf_load.h"
  26 #include "perf-sys.h"
  27
  28 #define DEBUGFS "/sys/kernel/debug/tracing/"
  29
  30 static char license[128];
  31 static int kern_version;
  32 static bool processed_sec[128];
  33 char bpf_log_buf[BPF_LOG_BUF_SIZE];
  34 int map_fd[MAX_MAPS];
  35 int prog_fd[MAX_PROGS];
  36 int event_fd[MAX_PROGS];
  37 int prog_cnt;
  38 int prog_array_fd = -1;
  39
  40 struct bpf_map_def {
  41         unsigned int type;
  42         unsigned int key_size;
  43         unsigned int value_size;
  44         unsigned int max_entries;
  45         unsigned int map_flags;
  46 };
  47
  48 static int populate_prog_array(const char *event, int prog_fd)
  49 {
  50         int ind = atoi(event), err;
  51
  52         err = bpf_map_update_elem(prog_array_fd, &ind, &prog_fd, BPF_ANY);
  53         if (err < 0) {
  54                 printf("failed to store prog_fd in prog_array\n");
  55                 return -1;
  56         }
  57         return 0;
  58 }
  59
  60 static int load_and_attach(const char *event, struct bpf_insn *prog, int size)
  61 {
  62         bool is_socket = strncmp(event, "socket", 6) == 0;
  63         bool is_kprobe = strncmp(event, "kprobe/", 7) == 0;
  64         bool is_kretprobe = strncmp(event, "kretprobe/", 10) == 0;
  65         bool is_tracepoint = strncmp(event, "tracepoint/", 11) == 0;
  66         bool is_xdp = strncmp(event, "xdp", 3) == 0;
  67         bool is_perf_event = strncmp(event, "perf_event", 10) == 0;
  68         bool is_cgroup_skb = strncmp(event, "cgroup/skb", 10) == 0;
  69         bool is_cgroup_sk = strncmp(event, "cgroup/sock", 11) == 0;
  70         size_t insns_cnt = size / sizeof(struct bpf_insn);
  71         enum bpf_prog_type prog_type;
  72         char buf[256];
  73         int fd, efd, err, id;
  74         struct perf_event_attr attr = {};
  75
  76         attr.type = PERF_TYPE_TRACEPOINT;
  77         attr.sample_type = PERF_SAMPLE_RAW;
  78         attr.sample_period = 1;
  79         attr.wakeup_events = 1;
  80
  81         if (is_socket) {
  82                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER;
  83         } else if (is_kprobe || is_kretprobe) {
  84                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_KPROBE;
  85         } else if (is_tracepoint) {
  86                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_TRACEPOINT;
  87         } else if (is_xdp) {
  88                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_XDP;
  89         } else if (is_perf_event) {
  90                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_PERF_EVENT;
  91         } else if (is_cgroup_skb) {
  92                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_CGROUP_SKB;
  93         } else if (is_cgroup_sk) {
  94                 prog_type = BPF_PROG_TYPE_CGROUP_SOCK;
  95         } else {
  96                 printf("Unknown event '%s'\n", event);
  97                 return -1;
  98         }
  99
 100         fd = bpf_load_program(prog_type, prog, insns_cnt, license, kern_version,
 101                               bpf_log_buf, BPF_LOG_BUF_SIZE);
 102         if (fd < 0) {
 103                 printf("bpf_load_program() err=%d\n%s", errno, bpf_log_buf);
 104                 return -1;
 105         }
 106
 107         prog_fd[prog_cnt++] = fd;
 108
 109         if (is_xdp || is_perf_event || is_cgroup_skb || is_cgroup_sk)
 110                 return 0;
 111
 112         if (is_socket) {
 113                 event += 6;
 114                 if (*event != '/')
 115                         return 0;
 116                 event++;
 117                 if (!isdigit(*event)) {
 118                         printf("invalid prog number\n");
 119                         return -1;
 120                 }
 121                 return populate_prog_array(event, fd);
 122         }
 123
 124         if (is_kprobe || is_kretprobe) {
 125                 if (is_kprobe)
 126                         event += 7;
 127                 else
 128                         event += 10;
 129
 130                 if (*event == 0) {
 131                         printf("event name cannot be empty\n");
 132                         return -1;
 133                 }
 134
 135                 if (isdigit(*event))
 136                         return populate_prog_array(event, fd);
 137
 138                 snprintf(buf, sizeof(buf),
 139                          "echo '%c:%s %s' >> /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events",
 140                          is_kprobe ? 'p' : 'r', event, event);
 141                 err = system(buf);
 142                 if (err < 0) {
 143                         printf("failed to create kprobe '%s' error '%s'\n",
 144                                event, strerror(errno));
 145                         return -1;
 146                 }
 147
 148                 strcpy(buf, DEBUGFS);
 149                 strcat(buf, "events/kprobes/");
 150                 strcat(buf, event);
 151                 strcat(buf, "/id");
 152         } else if (is_tracepoint) {
 153                 event += 11;
 154
 155                 if (*event == 0) {
 156                         printf("event name cannot be empty\n");
 157                         return -1;
 158                 }
 159                 strcpy(buf, DEBUGFS);
 160                 strcat(buf, "events/");
 161                 strcat(buf, event);
 162                 strcat(buf, "/id");
 163         }
 164
 165         efd = open(buf, O_RDONLY, 0);
 166         if (efd < 0) {
 167                 printf("failed to open event %s\n", event);
 168                 return -1;
 169         }
 170
 171         err = read(efd, buf, sizeof(buf));
 172         if (err < 0 || err >= sizeof(buf)) {
 173                 printf("read from '%s' failed '%s'\n", event, strerror(errno));
 174                 return -1;
 175         }
 176
 177         close(efd);
 178
 179         buf[err] = 0;
 180         id = atoi(buf);
 181         attr.config = id;
 182
 183         efd = sys_perf_event_open(&attr, -1/*pid*/, 0/*cpu*/, -1/*group_fd*/, 0);
 184         if (efd < 0) {
 185                 printf("event %d fd %d err %s\n", id, efd, strerror(errno));
 186                 return -1;
 187         }
 188         event_fd[prog_cnt - 1] = efd;
 189         ioctl(efd, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0);
 190         ioctl(efd, PERF_EVENT_IOC_SET_BPF, fd);
 191
 192         return 0;
 193 }
 194
 195 static int load_maps(struct bpf_map_def *maps, int len)
 196 {
 197         int i;
 198
 199         for (i = 0; i < len / sizeof(struct bpf_map_def); i++) {
 200
 201                 map_fd[i] = bpf_create_map(maps[i].type,
 202                                            maps[i].key_size,
 203                                            maps[i].value_size,
 204                                            maps[i].max_entries,
 205                                            maps[i].map_flags);
 206                 if (map_fd[i] < 0) {
 207                         printf("failed to create a map: %d %s\n",
 208                                errno, strerror(errno));
 209                         return 1;
 210                 }
 211
 212                 if (maps[i].type == BPF_MAP_TYPE_PROG_ARRAY)
 213                         prog_array_fd = map_fd[i];
 214         }
 215         return 0;
 216 }
 217
 218 static int get_sec(Elf *elf, int i, GElf_Ehdr *ehdr, char **shname,
 219                    GElf_Shdr *shdr, Elf_Data **data)
 220 {
 221         Elf_Scn *scn;
 222
 223         scn = elf_getscn(elf, i);
 224         if (!scn)
 225                 return 1;
 226
 227         if (gelf_getshdr(scn, shdr) != shdr)
 228                 return 2;
 229
 230         *shname = elf_strptr(elf, ehdr->e_shstrndx, shdr->sh_name);
 231         if (!*shname || !shdr->sh_size)
 232                 return 3;
 233
 234         *data = elf_getdata(scn, 0);
 235         if (!*data || elf_getdata(scn, *data) != NULL)
 236                 return 4;
 237
 238         return 0;
 239 }
 240
 241 static int parse_relo_and_apply(Elf_Data *data, Elf_Data *symbols,
 242                                 GElf_Shdr *shdr, struct bpf_insn *insn)
 243 {
 244         int i, nrels;
 245
 246         nrels = shdr->sh_size / shdr->sh_entsize;
 247
 248         for (i = 0; i < nrels; i++) {
 249                 GElf_Sym sym;
 250                 GElf_Rel rel;
 251                 unsigned int insn_idx;
 252
 253                 gelf_getrel(data, i, &rel);
 254
 255                 insn_idx = rel.r_offset / sizeof(struct bpf_insn);
 256
 257                 gelf_getsym(symbols, GELF_R_SYM(rel.r_info), &sym);
 258
 259                 if (insn[insn_idx].code != (BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW)) {
 260                         printf("invalid relo for insn[%d].code 0x%x\n",
 261                                insn_idx, insn[insn_idx].code);
 262                         return 1;
 263                 }
 264                 insn[insn_idx].src_reg = BPF_PSEUDO_MAP_FD;
 265                 insn[insn_idx].imm = map_fd[sym.st_value / sizeof(struct bpf_map_def)];
 266         }
 267
 268         return 0;
 269 }
 270
 271 int load_bpf_file(char *path)
 272 {
 273         int fd, i;
 274         Elf *elf;
 275         GElf_Ehdr ehdr;
 276         GElf_Shdr shdr, shdr_prog;
 277         Elf_Data *data, *data_prog, *symbols = NULL;
 278         char *shname, *shname_prog;
 279
 280         /* reset global variables */
 281         kern_version = 0;
 282         memset(license, 0, sizeof(license));
 283         memset(processed_sec, 0, sizeof(processed_sec));
 284
 285         if (elf_version(EV_CURRENT) == EV_NONE)
 286                 return 1;
 287
 288         fd = open(path, O_RDONLY, 0);
 289         if (fd < 0)
 290                 return 1;
 291
 292         elf = elf_begin(fd, ELF_C_READ, NULL);
 293
 294         if (!elf)
 295                 return 1;
 296
 297         if (gelf_getehdr(elf, &ehdr) != &ehdr)
 298                 return 1;
 299
 300         /* clear all kprobes */
 301         i = system("echo \"\" > /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events");
 302
 303         /* scan over all elf sections to get license and map info */
 304         for (i = 1; i < ehdr.e_shnum; i++) {
 305
 306                 if (get_sec(elf, i, &ehdr, &shname, &shdr, &data))
 307                         continue;
 308
 309                 if (0) /* helpful for llvm debugging */
 310                         printf("section %d:%s data %p size %zd link %d flags %d\n",
 311                                i, shname, data->d_buf, data->d_size,
 312                                shdr.sh_link, (int) shdr.sh_flags);
 313
 314                 if (strcmp(shname, "license") == 0) {
 315                         processed_sec[i] = true;
 316                         memcpy(license, data->d_buf, data->d_size);
 317                 } else if (strcmp(shname, "version") == 0) {
 318                         processed_sec[i] = true;
 319                         if (data->d_size != sizeof(int)) {
 320                                 printf("invalid size of version section %zd\n",
 321                                        data->d_size);
 322                                 return 1;
 323                         }
 324                         memcpy(&kern_version, data->d_buf, sizeof(int));
 325                 } else if (strcmp(shname, "maps") == 0) {
 326                         processed_sec[i] = true;
 327                         if (load_maps(data->d_buf, data->d_size))
 328                                 return 1;
 329                 } else if (shdr.sh_type == SHT_SYMTAB) {
 330                         symbols = data;
 331                 }
 332         }
 333
 334         /* load programs that need map fixup (relocations) */
 335         for (i = 1; i < ehdr.e_shnum; i++) {
 336                 if (processed_sec[i])
 337                         continue;
 338
 339                 if (get_sec(elf, i, &ehdr, &shname, &shdr, &data))
 340                         continue;
 341                 if (shdr.sh_type == SHT_REL) {
 342                         struct bpf_insn *insns;
 343
 344                         if (get_sec(elf, shdr.sh_info, &ehdr, &shname_prog,
 345                                     &shdr_prog, &data_prog))
 346                                 continue;
 347
 348                         if (shdr_prog.sh_type != SHT_PROGBITS ||
 349                             !(shdr_prog.sh_flags & SHF_EXECINSTR))
 350                                 continue;
 351
 352                         insns = (struct bpf_insn *) data_prog->d_buf;
 353
 354                         processed_sec[shdr.sh_info] = true;
 355                         processed_sec[i] = true;
 356
 357                         if (parse_relo_and_apply(data, symbols, &shdr, insns))
 358                                 continue;
 359
 360                         if (memcmp(shname_prog, "kprobe/", 7) == 0 ||
 361                             memcmp(shname_prog, "kretprobe/", 10) == 0 ||
 362                             memcmp(shname_prog, "tracepoint/", 11) == 0 ||
 363                             memcmp(shname_prog, "xdp", 3) == 0 ||
 364                             memcmp(shname_prog, "perf_event", 10) == 0 ||
 365                             memcmp(shname_prog, "socket", 6) == 0 ||
 366                             memcmp(shname_prog, "cgroup/", 7) == 0)
 367                                 load_and_attach(shname_prog, insns, data_prog->d_size);
 368                 }
 369         }
 370
 371         /* load programs that don't use maps */
 372         for (i = 1; i < ehdr.e_shnum; i++) {
 373
 374                 if (processed_sec[i])
 375                         continue;
 376
 377                 if (get_sec(elf, i, &ehdr, &shname, &shdr, &data))
 378                         continue;
 379
 380                 if (memcmp(shname, "kprobe/", 7) == 0 ||
 381                     memcmp(shname, "kretprobe/", 10) == 0 ||
 382                     memcmp(shname, "tracepoint/", 11) == 0 ||
 383                     memcmp(shname, "xdp", 3) == 0 ||
 384                     memcmp(shname, "perf_event", 10) == 0 ||
 385                     memcmp(shname, "socket", 6) == 0 ||
 386                     memcmp(shname, "cgroup/", 7) == 0)
 387                         load_and_attach(shname, data->d_buf, data->d_size);
 388         }
 389
 390         close(fd);
 391         return 0;
 392 }
 393
 394 void read_trace_pipe(void)
 395 {
 396         int trace_fd;
 397
 398         trace_fd = open(DEBUGFS "trace_pipe", O_RDONLY, 0);
 399         if (trace_fd < 0)
 400                 return;
 401
 402         while (1) {
 403                 static char buf[4096];
 404                 ssize_t sz;
 405
 406                 sz = read(trace_fd, buf, sizeof(buf));
 407                 if (sz > 0) {
 408                         buf[sz] = 0;
 409                         puts(buf);
 410                 }
 411         }
 412 }
 413
 414 #define MAX_SYMS 300000
 415 static struct ksym syms[MAX_SYMS];
 416 static int sym_cnt;
 417
 418 static int ksym_cmp(const void *p1, const void *p2)
 419 {
 420         return ((struct ksym *)p1)->addr - ((struct ksym *)p2)->addr;
 421 }
 422
 423 int load_kallsyms(void)
 424 {
 425         FILE *f = fopen("/proc/kallsyms", "r");
 426         char func[256], buf[256];
 427         char symbol;
 428         void *addr;
 429         int i = 0;
 430
 431         if (!f)
 432                 return -ENOENT;
 433
 434         while (!feof(f)) {
 435                 if (!fgets(buf, sizeof(buf), f))
 436                         break;
 437                 if (sscanf(buf, "%p %c %s", &addr, &symbol, func) != 3)
 438                         break;
 439                 if (!addr)
 440                         continue;
 441                 syms[i].addr = (long) addr;
 442                 syms[i].name = strdup(func);
 443                 i++;
 444         }
 445         sym_cnt = i;
 446         qsort(syms, sym_cnt, sizeof(struct ksym), ksym_cmp);
 447         return 0;
 448 }
 449
 450 struct ksym *ksym_search(long key)
 451 {
 452         int start = 0, end = sym_cnt;
 453         int result;
 454
 455         while (start < end) {
 456                 size_t mid = start + (end - start) / 2;
 457
 458                 result = key - syms[mid].addr;
 459                 if (result < 0)
 460                         end = mid;
 461                 else if (result > 0)
 462                         start = mid + 1;
 463                 else
 464                         return &syms[mid];
 465         }
 466
 467         if (start >= 1 && syms[start - 1].addr < key &&
 468             key < syms[start].addr)
 469                 /* valid ksym */
 470                 return &syms[start - 1];
 471
 472         /* out of range. return _stext */
 473         return &syms[0];
 474 }
 475
 476 int set_link_xdp_fd(int ifindex, int fd)
 477 {
 478         struct sockaddr_nl sa;
 479         int sock, seq = 0, len, ret = -1;
 480         char buf[4096];
 481         struct nlattr *nla, *nla_xdp;
 482         struct {
 483                 struct nlmsghdr  nh;
 484                 struct ifinfomsg ifinfo;
 485                 char             attrbuf[64];
 486         } req;
 487         struct nlmsghdr *nh;
 488         struct nlmsgerr *err;
 489
 490         memset(&sa, 0, sizeof(sa));
 491         sa.nl_family = AF_NETLINK;
 492
 493         sock = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
 494         if (sock < 0) {
 495                 printf("open netlink socket: %s\n", strerror(errno));
 496                 return -1;
 497         }
 498
 499         if (bind(sock, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa)) < 0) {
 500                 printf("bind to netlink: %s\n", strerror(errno));
 501                 goto cleanup;
 502         }
 503
 504         memset(&req, 0, sizeof(req));
 505         req.nh.nlmsg_len = NLMSG_LENGTH(sizeof(struct ifinfomsg));
 506         req.nh.nlmsg_flags = NLM_F_REQUEST | NLM_F_ACK;
 507         req.nh.nlmsg_type = RTM_SETLINK;
 508         req.nh.nlmsg_pid = 0;
 509         req.nh.nlmsg_seq = ++seq;
 510         req.ifinfo.ifi_family = AF_UNSPEC;
 511         req.ifinfo.ifi_index = ifindex;
 512         nla = (struct nlattr *)(((char *)&req)
 513                                 + NLMSG_ALIGN(req.nh.nlmsg_len));
 514         nla->nla_type = NLA_F_NESTED | 43/*IFLA_XDP*/;
 515
 516         nla_xdp = (struct nlattr *)((char *)nla + NLA_HDRLEN);
 517         nla_xdp->nla_type = 1/*IFLA_XDP_FD*/;
 518         nla_xdp->nla_len = NLA_HDRLEN + sizeof(int);
 519         memcpy((char *)nla_xdp + NLA_HDRLEN, &fd, sizeof(fd));
 520         nla->nla_len = NLA_HDRLEN + nla_xdp->nla_len;
 521
 522         req.nh.nlmsg_len += NLA_ALIGN(nla->nla_len);
 523
 524         if (send(sock, &req, req.nh.nlmsg_len, 0) < 0) {
 525                 printf("send to netlink: %s\n", strerror(errno));
 526                 goto cleanup;
 527         }
 528
 529         len = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0);
 530         if (len < 0) {
 531                 printf("recv from netlink: %s\n", strerror(errno));
 532                 goto cleanup;
 533         }
 534
 535         for (nh = (struct nlmsghdr *)buf; NLMSG_OK(nh, len);
 536              nh = NLMSG_NEXT(nh, len)) {
 537                 if (nh->nlmsg_pid != getpid()) {
 538                         printf("Wrong pid %d, expected %d\n",
 539                                nh->nlmsg_pid, getpid());
 540                         goto cleanup;
 541                 }
 542                 if (nh->nlmsg_seq != seq) {
 543                         printf("Wrong seq %d, expected %d\n",
 544                                nh->nlmsg_seq, seq);
 545                         goto cleanup;
 546                 }
 547                 switch (nh->nlmsg_type) {
 548                 case NLMSG_ERROR:
 549                         err = (struct nlmsgerr *)NLMSG_DATA(nh);
 550                         if (!err->error)
 551                                 continue;
 552                         printf("nlmsg error %s\n", strerror(-err->error));
 553                         goto cleanup;
 554                 case NLMSG_DONE:
 555                         break;
 556                 }
 557         }
 558
 559         ret = 0;
 560
 561 cleanup:
 562         close(sock);
 563         return ret;
 564 }