原创Paper | 在 Android 中开发 eBPF 程序学习总结(二)

原创Paper | 在 Android 中开发 eBPF 程序学习总结(二)

作者:Hcamael@知道创宇404实验室
日期:2022年11月16日
相关阅读:
在 Android 中开发 eBPF 程序学习总结(一)
在上一篇文章中,我自己改了一版BPF程序的代码bpftest.c,代码也在上一篇文章中放出来了,但是一个完整的BPF程序,还需要一个用户态的loader,也就是需要有一个读取BPF程序给我们数据的程序。
之前也说了,可以使用MAP来进行数据交互,在bpftest.c代码中bpf_execve_map_update_elem(&key, &event, BPF_ANY);,把event结构体更新到key=1的map中,也就是说,把每个进行syscall调用的程序的pid,gid,还有程序名,更新到MAP中。所以我们需要一个loader,来读取MAP,从而得到这些信息。
最开始,loader我使用的是android demo代码中的那个,但是在使用中发现,没办法读取结构体的值,也搜不到相关文章,能搜到示例代码的value类型都是整型,并且我对android开发也不是很熟悉,所以考虑用C自己写一个。

通过strace抓取之前这个loader的系统调用:

bpf(BPF_OBJ_GET, {pathname="/sys/fs/bpf/prog_bpftest_tracepoint_raw_syscalls_sys_enter", bpf_fd=0, file_flags=0}, 120) = 3
openat(AT_FDCWD, "/sys/kernel/tracing/events/raw_syscalls/sys_enter/id", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
read(4, "21n", 4096) = 3
close(4) = 0
perf_event_open({type=PERF_TYPE_TRACEPOINT, size=0, config=21, ...}, -1, 0, -1, PERF_FLAG_FD_CLOEXEC) = 4
ioctl(4, PERF_EVENT_IOC_SET_BPF, 3) = 0
ioctl(4, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0) = 0
nanosleep({tv_sec=1, tv_nsec=0}, 0x7ff104b788) = 0
bpf(BPF_OBJ_GET, {pathname="/sys/fs/bpf/map_bpftest_execve_map", bpf_fd=0, file_flags=0}, 120) = 5
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=40000000}, NULL) = 0
bpf(BPF_MAP_LOOKUP_ELEM, {map_fd=5, key=0x7ff104b5f4, value=0x7ff104b5e8}, 120) = 0

通过上面的系统调用,我们就能理清楚,loader程序到底做了哪些工作。

接着我找到了Linux内核中的一个bpf_load.c,参考了一下在普通的Linux系统中,loader是怎么处理的,所以我对该程序进行了修改,增加了以下代码:

struct androidBPF {
char *prog_path;
char *map_path;
char *tp_category;
char *tp_name;
};


static int load_prog(char *prog_path)
{
int pfd;
pfd = bpf_obj_get(prog_path);
if (pfd < 0) {
printf("bpf_prog_load() err=%dn%s", errno, prog_path);
return -1;
}

return pfd;
}

int attach_tracepoint(char *tp_category, char *tp_name)
{
char buf[256];
int efd, err, id;
struct perf_event_attr attr = {};
attr.type = PERF_TYPE_TRACEPOINT;
attr.sample_type = PERF_SAMPLE_RAW;
attr.sample_period = 1;
attr.wakeup_events = 1;

strcpy(buf, DEBUGFS);
strcat(buf, "events/");
strcat(buf, tp_category);
strcat(buf, "/");
strcat(buf, tp_name);
strcat(buf, "/id");
efd = open(buf, O_RDONLY, 0);
if (efd < 0) {
printf("failed to open %sn", buf);
return -1;
}
err = read(efd, buf, sizeof(buf));
if (err < 0 || err >= sizeof(buf)) {
printf("read from failed '%s'n", strerror(errno));
return -1;
}
close(efd);
buf[err] = 0;
id = atoi(buf);
attr.config = id;
efd = perf_event_open(&attr, -1/*pid*/, 0/*cpu*/, -1/*group_fd*/, 0);
if (efd < 0) {
printf("event %d fd %d err %sn", id, efd, strerror(errno));
return -1;
}
return efd;
}

static int load_map(char *map_path)
{
int mfd;
mfd = bpf_obj_get(map_path);
if (mfd < 0) {
printf("bpf_map_load() err=%dn%s", errno, map_path);
return -1;
}

return mfd;
}

int get_map_by_int_key(int *key, void *value)
{
int mfd, ret;

mfd = map_fd[prog_cnt-1];
ret = bpf_lookup_elem(mfd, key, value);
return ret;
}

int load_bpf_from_fs(struct androidBPF *abpf)
{
int fd, efd, mfd;
fd = load_prog(abpf->prog_path);
if (fd <= 0) {
printf("[debug] load prog error.n");
return fd;
}
prog_fd[prog_cnt] = fd;
efd = attach_tracepoint(abpf->tp_category, abpf->tp_name);
if (efd <= 0) {
printf("[debug] attach_tracepoint error.n");
return efd;
}
event_fd[prog_cnt] = efd;
ioctl(efd, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0);
ioctl(efd, PERF_EVENT_IOC_SET_BPF, fd);
printf("[debug] load bpf prog success.n");
mfd = load_map(abpf->map_path);
if (mfd <= 0) {
printf("[debug] load_map error.n");
return mfd;
}
map_fd[prog_cnt++] = mfd;
return 0;
}

void read_trace_pipe(int times)
{
int trace_fd;
trace_fd = open(DEBUGFS "trace_pipe", O_RDONLY, 0);
if (trace_fd < 0)
return;
// times = 0, loop 0xffffffff
do {
static char buf[4096];
ssize_t sz;
sz = read(trace_fd, buf, sizeof(buf) - 1);
if (sz > 0) {
buf[sz] = 0;
puts(buf);
}
} while (--times);
}

接着,我就能使用C代码来写loader了:

#include "bpf_load.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv) {
struct androidBPF abpf = {0, };
if (argc < 3)
return 0;
abpf.prog_path = argv[1];
abpf.map_path = argv[2];
abpf.tp_category = "raw_syscalls";
abpf.tp_name = "sys_enter";
if (load_bpf_from_fs(&abpf) != 0) { // 用于加载 ELF 格式的 BPF 程序
printf("The kernel didn't load the BPF programn");
return -1;
}
int key, ret;
key = 1;
struct event_execv value;
for (int i = 0; i < 10; i ++) {
memset(&value, 0, sizeof(value));
ret = get_map_by_int_key(&key, &value);
printf("[debug] ret = %d, pid = %d, gid = %d, comm = %sn", ret, value.pid, value.gid, value.cmd);
}
// for (int i=0; i < 88; i++)
// {
// printf("debug value[%d] = 0x%xn", i, *((char *)&value+i));
// }
read_trace_pipe(1);
return 0;
}

在本地的arm64机器上就能编译了:

$ ls -alF
total 916
drwxr-xr-x 1 hehe hehe 320 Oct 31 11:54 ./
drwxr-xr-x 1 hehe hehe 416 Oct 30 22:34 ../
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 4025 Oct 30 22:37 bpf_helpers.h
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 10940 Oct 31 11:35 bpf_load.c
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 1112 Oct 31 11:35 bpf_load.h
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 3432 Oct 30 22:49 libbpf.c
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 5294 Oct 30 22:50 libbpf.h
-rw-r--r-- 1 hehe hehe 117176 Oct 30 22:54 libelf.so
-rwxrwxr-x 1 hehe hehe 773016 Oct 31 11:54 loader*
-rw-rw-r-- 1 hehe hehe 868 Oct 31 11:54 loader.c
$ clang loader.c bpf_load.c libbpf.c -lelf -lz -o loader -static
上面的loader只简单实现了一下读取map的操作,进阶的玩法还可以更新map的数据,比如我只想监控curl程序,那么可以把111=>curl写入map当中,然后在BPF程序中,从map[111]获取value,只有当comm == map[111]的情况下,才把信息写入map当中。
我们重新再来理解一下loader的操作:
  1. BPF_OBJ_GET prog_bpftest_tracepoint_raw_syscalls_sys_enter,获取prog对象
  2. 读取SEC定义的section的id,从/sys/kernel/tracing/events/raw_syscalls/sys_enter/id获取
  3. perf_event_open打开相应时间,因为是tracepoint,所以type要设置为PERF_TYPE_TRACEPOINT,config等于上面获取id
  4. 打开事件后,获取了一个文件描述符,对该文件描述符进行ioctl操作,操作的命令有两个,PERF_EVENT_IOC_SET_BPFPERF_EVENT_IOC_ENABLE,PERF_EVENT_IOC_SET_BPF设置为prog对象的文件描述符
到这里为止,表示激活了你想调用的BPF程序了,要不然默认情况下BPF都处于未激活状态。
接下来就是对map的操作:
  1. BPF_OBJ_GET /sys/fs/bpf/map_bpftest_execve_map,获取map对象。
  2. BPF_MAP_LOOKUP_ELEM {map_fd=5, key=0x7ff104b5f4, value=0x7ff104b5e8},从map_fd中搜索key对应的value,储存在value的指针中返回。
目前这块的资料太少了,只能通过一些demo和源码来进行研究,下一篇将会研究uprobe的用法。

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参考


考资料
  1. https://elixir.bootlin.com/linux/v4.14.2/source/samples/bpf/bpf_load.c




作者名片



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END



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