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