I. eBPF的定义以及起源
在计算机科学领域，eBPF是一种被广泛使用的技术，它起源于Linux内核，可以在特权环境中运行受沙盒保护的程序，例如操作系统内核。这种技术被广泛应用于安全有效地扩展内核的功能，而无需更改内核源代码或加载内核模块。
1. 对eBPF的基础了解
- eBPF是extended Berkeley Packet Filter的缩写，是一种在Linux内核中运行的沙盒程序。它是一种具备革命性的技术，起源于Linux内核，不仅可以在特权环境中执行受沙盒保护的程序，而且能够安全高效地扩展内核功能，具有相当广泛的应用前景。
- 除了在Linux内核中运行，eBPF还被用作强大的网络和性能分析工具。通过使Linux内核可编程，基础架构软件可以有效地利用现有的内核功能。
- eBPF在安全领域也有广泛的应用。例如，革命性的eBPF技术能被用于阻止恶意软件的运行。
2. eBPF的发展历程
eBPF在Linux 3.18内核中被引入,此后原来的BPF技术被称作cBPF即经典的BPF。目前，我们说到BPF多指代的是eBPF技术，后者是对经典技术的升级和完全替代。
II. eBPF的功能与优越性
网络的高频使用与数据流的不断增加，对处理的需求也在持续提升。eBPF（扩展伯克利数据包过滤器）由此应运而生。它是一种革命性技术，起源于Linux内核，具有出色的泛用性和扩展性，可以在操作系统的内核中运行沙盒程序，并使Linux内核变得可编程化，从而能够方便地处理各种网络问题。
1. eBPF的功能介绍
eBPF是一种优秀的内核技术，具有以下几个主要的功能：
- eBPF可以在Linux内核中运行沙盒程序，无需更改内核源代码或加载内核模块。
- 它让Linux内核变得可编程化，基础架构软件可以利用现有的层，使其更加智能，功能更加丰富，同时不会增加额外的复杂度。
- eBPF功能覆盖XDP、TC、probe、socket等，每个功能点都能实现内核态的篡改行为，使得用户态完全致盲，哪怕是基于内核模块的HIDS，也无法感知到这些动作。
2. eBPF的优越性分析
eBPF的性能优越性表现在各个方面，如性能提升、扩展性、安全性等。具体可以通过以下表格进行详解：
| 优点 | 详细解释 |
|---|---|
| 性能提升 | eBPF的执行速度要比原来的BPF快4倍，这主要得益于寄存器数量和宽度的增加，使得开发人员可以使用函数参数自由交换更多的信息，编写更复杂的程序。 |
| 安全性 | eBPF是一种沙箱程序，不需要修改内核源码或加载内核模块，保障了系统的安全性。 |
| 扩展性 | eBPF不仅提供了内核的数据包过滤机制，而且扩充了BPF的功能，丰富了指令集，改善了它的性能，其强大的扩展性是其优越性的一个重要体现。 |
III. eBPF在Linux内核中的应用
eBPF，即扩展的伯克利包过滤器，为Linux内核带来了诸多巨大变革。作为一项强大的功能，它无需修改内核源代码或加载内核模块，就可以在内核中直接运行沙盒程序。这种技术的提出，开放了内核，使其可编程，为基础架构软件的优化和升级提供了新的可能。
1. 应用介绍
- eBPF的应用非常广泛，主要在云原生可观测性领域发挥重要作用。内源共建以及在滴滴云原生环境中的业务实践都得到了广泛的应用和推广。
- eBPF技术不仅在Google、Facebook、Twitter等大公司中被广泛使用，还在网络负载均衡、安全有效的扩展内核功能、流量信息修改等方面表现出巨大的潜力。
- eBPF也开始受到国内开发者的关注与研究，如《Linux内核观测技术BPF》的译者以及国内首个BPF技术站点ebpf.top等。
2. eBPF在Linux内核的作用
eBPF在Linux内核中的作用主要体现在解决微服务潮流下linux内核的扩张的问题。eBPF的强大在于其高效性，使得内源的进一步建设变得可能。这一点可以通过以下表格更为详细地解释和展示：
| 功能描述 | eBPF的贡献 |
|---|---|
| 运行沙盒程序 | eBPF可以轻松地在Linux内核中运行用户定义的代码，而无需更改内核源代码或重启内核。 |
| 开放内核 | eBPF的出现使Linux内核变得可编程，基础架构软件可以利用现有的硬件进行优化。 |
| 基于现有硬件优化 | 通过在Linux内核中运行程序，eBPF可跨越用户空间和内核空间，利用现有硬件进行优化。 |
IV. eBPF未来的展望
从分析的素材内容来看，eBPF 是一种源自于Linux内核并能在特权环境中运行受沙盒保护程序的技术。它被誉为具有革命性的技术，逐渐在基础设施软件领域得到广泛的应用。作为一种允许Linux内核变得可编程的技术，eBPF可能对未来的开发和应用有重大影响。
1. eBPF在Linux恶意软件问题上的应用
- eBPF这项革命性的技术，让黑产组织可以在不修改Linux内核源代码或加载内核模块的情况下，开发并扩大Linux恶意软件的研究。然而，这并不意味着使用eBPF均有风险，相反，合理利用eBPF能够为Linux搭建更加安全的防御系统。
- 去年的eBPF Summit有专门演讲关于此话题的内容，演讲者对eBPF在Linux恶意软件问题上的应用进行了深刻的分析和解读，让我们能够对eBPF在这个领域的应用有更深的认识。
- eBPF的发展并不只局限于此，伴随着eBPF技术的完善，那些试图利用eBPF进行恶意行为的黑产必将受到更严厉的打击。
2. Linux 内核新功能特性的发展
Linux 内核的新特性—如io_uring, cgroup, ebpf, llvm的发展，正代表着eBPF的未来发展和应用趋势，下面是对这些技术的简略说明：
| 内核新特性 | 功能解释 |
|---|---|
| io_uring | io_uring是Linux系统的一种异步I/O处理机制，提供了一种快速提交I/O和获取I/O完成的通知的方法。 |
| cgroup | cgroup也称为控制组，是Linux内核的一项功能，用于限制，控制，审计和统计进程组使用的资源。 |
| ebpf | eBPF是用于内核编程的一种技术。eBPF程序是在用户空间编写的，但在内核空间执行的。它可以用于网络过滤、性能分析等。 |
| llvm | LLVM是一个自由软件项目，用于开发一种可用于任何编程语言的优化编译器 |
初探linux 革命性技术eBPF的常见问答Q&A
Q：什么是eBPF以及其起源？
A：Extended Berkeley Packet Filter (eBPF)是一种在Linux内核中运行的革命性技术。它起源于Linux内核，可以在特权环境（如操作系统内核）中运行沙箱程序。eBPF的出现改变了传统的内核编程模式，让内核变得可编程化，且不需要更改内核源码或加载内核模块。
- eBPF在Linux 3.18内核中被引入。
- 原来的BPF技术被称作cBPF (classic BPF), 现在BPF多指代eBPF技术。
- eBPF对Linux内核做到了向前兼容,低版本内核升级到最新子版本也可以支持。
Q：eBPF的主要功能是什么？
A：eBPF的主要功能在于扩展内核的能力，并且它的操作是安全可控的。新增的内核功能无需重启或更改内核源代码，只需使用eBPF即可。
- eBPF程序触发的事件包括系统调用、内核跟踪点、内核函数和用户态函数的调用退出、网络等。
- 它在内核层的功能既强大又灵活，可以实现流量信息修改和网络负载均衡等。
- 最初被用于网络方面的过滤和监控，后来扩展到安全、性能分析和故障调试等诸多领域。
Q：eBPF在实际操作中如何应用？
A：eBPF在实际操作中的应用相当广泛，涵盖了诸多领域如安全、性能分析和故障调试等。因此，它是一种重要的 Linux 内核跟踪、观测技术。eBPF技术不仅适用于云原生环境中的可观测性领域，还适用于其他网络或系统设备的性能优化，甚至还被用于Linux恶意软件的防护。
- 利用eBPF技术，微服务中的linux内核问题可以得到高效的解决。
- 使用eBPF技术，Linux内核可以做到可编程，基础架构软件可以利用现有的灵活性。
- 在安全方面，eBPF技术同样发挥了巨大作用，比如预防和检测基于eBPF的恶意利用。
Q：eBPF的前景和发展趋势如何？
A：eBPF已经成为了Linux社区的新宠，并得到了Google、Facebook、Twitter等公司的投入和支持，未来的发展前景十分光明。
- eBPF将会有更完备的编程语义支持，如支持更变的程序变量、循环逻辑等。
- 将会在eBPF合理的性能和安全性限制框架内，提供更丰富的内核API供其访问。
- eBPF的社区影响力也将更上一层楼，如Linux基金会旗下的eBPF基金会的成立等。
