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