深入理解eBPF與可觀測性

Contents　目　　錄
前言
第1章　eBPF的發(fā)展與應(yīng)用1
1.1　eBPF概述1
1.1.1　Linux的跟蹤與診斷技術(shù)簡介1
1.1.2　eBPF的發(fā)展史3
1.1.3　eBPF與cBPF的功能區(qū)別4
1.1.4　eBPF與內(nèi)核模塊5
1.1.5　eBPF的優(yōu)勢與劣勢5
1.2　eBPF應(yīng)用場景6
1.2.1　eBPF跟蹤與性能分析7
1.2.2　eBPF與可觀測8
1.2.3　eBPF與網(wǎng)絡(luò)14
1.2.4　eBPF與安全14
1.3　eBPF基礎(chǔ)架構(gòu)16
1.3.1　eBPF加載流程和相關(guān)組件17
1.3.2　eBPF的JIT編譯原理18
1.3.3　eBPF的掛載與執(zhí)行22
1.4　本章小結(jié)22
第2章　eBPF的特性解析23
2.1　eBPF指令架構(gòu)23
2.1.1　cBPF指令集24
2.1.2　eBPF指令集25
2.1.3　使用C語言編寫eBPF程序34
2.1.4　使用匯編語言編寫eBPF程序35
2.1.5　使用字節(jié)碼編寫eBPF程序37
2.2　eBPF系統(tǒng)調(diào)用40
2.2.1　eBPF系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)原型40
2.2.2　eBPF系統(tǒng)調(diào)用的類型40
2.2.3　eBPF系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)據(jù)
　　　結(jié)構(gòu)解析41
2.3　eBPF輔助函數(shù)43
2.3.1　eBPF輔助函數(shù)的設(shè)計(jì)43
2.3.2　eBPF輔助函數(shù)的實(shí)現(xiàn)47
2.4　eBPF程序類型設(shè)計(jì)49
2.4.1　eBPF程序類型49
2.4.2　驗(yàn)證器接口設(shè)計(jì)51
2.4.3　測試接口設(shè)計(jì)52
2.4.4　卸載接口設(shè)計(jì)53
2.5　跟蹤診斷類eBPF程序54
2.5.1　kprobe/kretprobe類程序55
2.5.2　uprobe/uretprobe類程序58
2.5.3　tracepoint類程序60
2.5.4　perf事件類程序63
2.6　網(wǎng)絡(luò)處理類：XDP程序66
2.6.1　XDP基本原理67
2.6.2　XDP應(yīng)用場景68
2.6.3　XDP內(nèi)核解析69
2.7　本章小結(jié)73
第3章　eBPF開發(fā)框架74
3.1　libbpf74
3.1.1　使用libbpf開發(fā)eBPF程序75
3.1.2　BPF類型格式79
3.1.3　CO-RE功能82
3.2　BCC85
3.2.1　環(huán)境配置86
3.2.2　使用BCC開發(fā)eBPF程序88
3.2.3　編譯運(yùn)行90
3.3　bpftrace90
3.3.1　環(huán)境配置91
3.3.2　使用bpftrace開發(fā)eBPF程序92
3.3.3　編譯運(yùn)行95
3.4　eunomia-bpf96
3.4.1　環(huán)境配置97
3.4.2　使用eunomia-bpf?開發(fā)
　　　eBPF程序98
3.4.3　編譯運(yùn)行100
3.5　Coolbpf?100
3.5.1　環(huán)境配置102
3.5.2　使用Coolbpf開發(fā)eBPF
　　　程序102
3.5.3　編譯運(yùn)行103
3.6　eBPF開發(fā)框架對(duì)比104
3.7　本章小結(jié)105
第4章　基于eBPF的應(yīng)用
　　　　可觀測實(shí)踐106
4.1　使用uprobe/USDT觀測應(yīng)用程序106
4.1.1　uprobe：用戶空間的動(dòng)態(tài)
　　　追蹤工具106
4.1.2　USDT：用戶空間的靜態(tài)
　　　追蹤點(diǎn)技術(shù)108
4.2　Nginx函數(shù)延遲觀測與性能分析109
4.2.1　基于eBPF分析函數(shù)延遲110
4.2.2　Nginx中與性能相關(guān)的
　　　關(guān)鍵函數(shù)113
4.2.3　測試Nginx的函數(shù)延遲115
4.3　Java應(yīng)用的GC觀測116
4.3.1　GC策略簡介與問題
　　　排查示例116
4.3.2　通過eBPF實(shí)現(xiàn)GC觀測117
4.4　MySQL慢查詢監(jiān)測與排障實(shí)踐123
4.4.1　慢查詢的常見原因124
4.4.2　慢查詢監(jiān)測方法與示例場景124
4.4.3　利用bpftrace程序追蹤
　　　MySQL查詢126
4.5　觀測SSL/TLS明文數(shù)據(jù)128
4.5.1　TLS的工作原理128
4.5.2　OpenSSL API工作機(jī)制分析129
4.5.3　sslsniff的eBPF內(nèi)核
　　　代碼編寫130
4.5.4　sslsniff的用戶態(tài)代碼分析135
4.5.5　編譯與運(yùn)行sslsniff工具138
4.6　使用eBPF跟蹤Go協(xié)程狀態(tài)139
4.6.1　跟蹤Go協(xié)程狀態(tài)的eBPF
　　　內(nèi)核代碼140
4.6.2　運(yùn)行eBPF程序追蹤Go
　　　協(xié)程狀態(tài)141
4.7　本章小結(jié)142
第5章　基于eBPF的網(wǎng)絡(luò)
　　　　可觀測實(shí)踐143
5.1　內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧143
5.1.1　網(wǎng)絡(luò)發(fā)包流程143
5.1.2　網(wǎng)絡(luò)收包流程159
5.1.3　內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)問題分析168
5.2　網(wǎng)絡(luò)可觀測實(shí)踐172
5.2.1　HTTP流量統(tǒng)計(jì)172
5.2.2　TCP連接信息和往返
　　　時(shí)間分析179
5.2.3　XDP實(shí)現(xiàn)可編程包處理187
5.2.4　基于eBPF的流量控制實(shí)踐189
5.2.5　基于sockmap進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)192
5.2.6　基于sockops監(jiān)測服務(wù)
　　　響應(yīng)延遲205
5.2.7　Virtio網(wǎng)卡隊(duì)列可觀測213
5.3　本章小結(jié)218
第6章　基于eBPF的內(nèi)存
　　　　可觀測實(shí)踐219
6.1　系統(tǒng)內(nèi)存的申請(qǐng)流程219
6.2　內(nèi)存性能瓶頸點(diǎn)與解決思路222
6.2.1　常見的內(nèi)存性能瓶頸222
6.2.2　內(nèi)存性能瓶頸診斷方法225
6.3　實(shí)戰(zhàn)：頁面錯(cuò)誤監(jiān)控227
6.3.1　什么是頁面錯(cuò)誤227
6.3.2　有關(guān)頁面錯(cuò)誤的跟蹤點(diǎn)228
6.3.3　頁面錯(cuò)誤事件可觀測
　　　實(shí)現(xiàn)方案229
6.4　實(shí)戰(zhàn)：使用cachetop分析
　　 文件緩存233
6.4.1　使用常規(guī)方法分析文件緩存233
6.4.2　cachetop實(shí)現(xiàn)原理234
6.4.3　c