execve sample

      The following program is designed to be execed by the second program below.  It just echoes its command-line one per line.

           /* myecho.c */

           #include <stdio.h>
           #include <stdlib.h>

           int
           main(int argc, char *argv[])
           {
               int j;

               for (j = 0; j < argc; j++)
                   printf("argv[%d]: %s\n", j, argv[j]);

               exit(EXIT_SUCCESS);
           }

       This program can be used to exec the program named in its command-line argument:

           /* execve.c */

           #include <stdio.h>
           #include <stdlib.h>
           #include <unistd.h>

          int
           main(int argc, char *argv[])
           {
               char *newargv[] = { NULL, "hello", "world", NULL };
               char *newenviron[] = { NULL };

               if (argc != 2) {
                fprintf(stderr, "Usage: %s <file-to-exec>\n", argv[0]);
                exit(EXIT_FAILURE);
               }

               newargv[0] = argv[1];

               execve(argv[1], newargv, newenviron);
               perror("execve");   /* execve() only returns on error */
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

       We can use the second program to exec the first as follows:

           $ cc myecho.c -o myecho
           $ cc execve.c -o execve
           $ ./execve ./myecho
           argv[0]: ./myecho
           argv[1]: hello
           argv[2]: world

       We can also use these programs to demonstrate the use of a script interpreter.  To do this we create a script whose "interpreter" is our myecho program:
        $ cat > script.sh
           #! ./myecho script-arg
           ^D
           $ chmod +x script.sh

       We can then use our program to exec the script:

           $ ./execve ./script.sh
           argv[0]: ./myecho
           argv[1]: script-arg
           argv[2]: ./script.sh
           argv[3]: hello
           argv[4]: world


PS:  列出这个函数主要是在android源码中service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args);中调用了,这样就更好理解init.rc中定义的服务是怎么回事了

void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
{
    struct stat s;
    pid_t pid;
    int needs_console;
    int n;

        /* starting a service removes it from the disabled or reset
         * state and immediately takes it out of the restarting
         * state if it was in there
         */
    svc->flags &= (~(SVC_DISABLED|SVC_RESTARTING|SVC_RESET));
    svc->time_started = 0;

        /* running processes require no additional work -- if
         * they're in the process of exiting, we've ensured
         * that they will immediately restart on exit, unless
         * they are ONESHOT
         */
    if (svc->flags & SVC_RUNNING) {
        return;
    }

    needs_console = (svc->flags & SVC_CONSOLE) ? 1 : 0;
    if (needs_console && (!have_console)) {
        ERROR("service '%s' requires console\n", svc->name);
        svc->flags |= SVC_DISABLED;
        return;
    }

    if (stat(svc->args[0], &s) != 0) {
        ERROR("cannot find '%s', disabling '%s'\n", svc->args[0], svc->name);
        svc->flags |= SVC_DISABLED;
        return;
    }

    if ((!(svc->flags & SVC_ONESHOT)) && dynamic_args) {
        ERROR("service '%s' must be one-shot to use dynamic args, disabling\n",
               svc->args[0]);
        svc->flags |= SVC_DISABLED;
        return;
    }

    NOTICE("starting '%s'\n", svc->name);

    pid = fork();

    if (pid == 0) {
        struct socketinfo *si;
        struct svcenvinfo *ei;
        char tmp[32];
        int fd, sz;

        if (properties_inited()) {
            get_property_workspace(&fd, &sz);
            sprintf(tmp, "%d,%d", dup(fd), sz);
            add_environment("ANDROID_PROPERTY_WORKSPACE", tmp);
        }

        for (ei = svc->envvars; ei; ei = ei->next)
            add_environment(ei->name, ei->value);

        for (si = svc->sockets; si; si = si->next) {
            int socket_type = (
                    !strcmp(si->type, "stream") ? SOCK_STREAM :
                        (!strcmp(si->type, "dgram") ? SOCK_DGRAM : SOCK_SEQPACKET));
            int s = create_socket(si->name, socket_type,
                                  si->perm, si->uid, si->gid);
            if (s >= 0) {
                publish_socket(si->name, s);
            }
        }

        if (svc->ioprio_class != IoSchedClass_NONE) {
            if (android_set_ioprio(getpid(), svc->ioprio_class, svc->ioprio_pri)) {
                ERROR("Failed to set pid %d ioprio = %d,%d: %s\n",
                      getpid(), svc->ioprio_class, svc->ioprio_pri, strerror(errno));
            }
        }

        if (needs_console) {
            setsid();
            open_console();
        } else {
            zap_stdio();
        }

#if 0
        for (n = 0; svc->args[n]; n++) {
            INFO("args[%d] = '%s'\n", n, svc->args[n]);
        }
        for (n = 0; ENV[n]; n++) {
            INFO("env[%d] = '%s'\n", n, ENV[n]);
        }
#endif

        setpgid(0, getpid());

    /* as requested, set our gid, supplemental gids, and uid */
        if (svc->gid) {
            if (setgid(svc->gid) != 0) {
                ERROR("setgid failed: %s\n", strerror(errno));
                _exit(127);
            }
        }
        if (svc->nr_supp_gids) {
            if (setgroups(svc->nr_supp_gids, svc->supp_gids) != 0) {
                ERROR("setgroups failed: %s\n", strerror(errno));
                _exit(127);
            }
        }
        if (svc->uid) {
            if (setuid(svc->uid) != 0) {
                ERROR("setuid failed: %s\n", strerror(errno));
                _exit(127);
            }
        }

        if (!dynamic_args) {
            if (execve(svc->args[0], (char**) svc->args, (char**) ENV) < 0) {
                ERROR("cannot execve('%s'): %s\n", svc->args[0], strerror(errno));
            }
        } else {
            char *arg_ptrs[INIT_PARSER_MAXARGS+1];
            int arg_idx = svc->nargs;
            char *tmp = strdup(dynamic_args);
            char *next = tmp;
            char *bword;

            /* Copy the static arguments */
            memcpy(arg_ptrs, svc->args, (svc->nargs * sizeof(char *)));

            while((bword = strsep(&next, " "))) {
                arg_ptrs[arg_idx++] = bword;
                if (arg_idx == INIT_PARSER_MAXARGS)
                    break;
            }
            arg_ptrs[arg_idx] = '\0';
            execve(svc->args[0], (char**) arg_ptrs, (char**) ENV);
        }
        _exit(127);
    }

    if (pid < 0) {
        ERROR("failed to start '%s'\n", svc->name);
        svc->pid = 0;
        return;
    }

    svc->time_started = gettime();
    svc->pid = pid;
    svc->flags |= SVC_RUNNING;

    if (properties_inited())
        notify_service_state(svc->name, "running");
}

二、同一主机的不同进程间的通信,上面也用到了这个,所以弄了点资料:


使用套接字除了可以实现网络间不同主机间的通信外,还可以实现同一主机的不同进程间的通信,且建立的通信是双向的通信。
man unix内容如下:
NAME( 名称)
    unix, PF_UNIX, AF_UNIX, PF_LOCAL, AF_LOCAL ? 用于本地内部进程通讯的套接 字。
SYNOPSIS( 总览 )
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/un.h>
    unix_socket = socket(PF_UNIX, type, 0);
    error = socketpair(PF_UNIX, type, 0, int *sv);
DESCRIPTION( 描述 )
   PF_UNIX (也称作 PF_LOCAL ) 套接字族用来在同一机器上的提供有效的进程间通讯.Unix 套接字可以是匿名的(由socketpair(2)创建), 也可以与套接字类型文件相关联. Linux 还支持一种抽象名字空间, 它是独立于文件系统的.
    有效的类型有: SOCK_STREAM 用于面向流的套接字, SOCK_DGRAM 用于面向数据报的套接字,其可以保存消息界限. Unix 套接字总是可靠的,而且不会重组数据报.
    Unix 套接字支持把文件描述符或者进程的信用证明作为数据报的辅助数据传递给 其它进程.
ADDRESS FORMAT( 地址格式 )
   unix 地址定义为文件系统中的一个文件名或者抽象名字空间中的一个单独的字符串. 由 socketpair(2)创建的套接字是匿名的.对于非匿名的套接字,目标地址 可使用 connect(2) 设置. 本地地址可使用 bind(2) 设置.当套接字连接上而且它没有一个本地地址时, 会自动在抽象名字空间中生成一个唯一的地址.
    #define UNIX_PATH_MAX   108
    struct sockaddr_un {
    sa_family_t     sun_family;     /* AF_UNIX */
    char    sun_path[UNIX_PATH_MAX];        /* 路径名 */
    };
   sun_family 总是包含 AF_UNIX. sun_path 包含空零结尾的套接字在文件系统中的路径名. 如果 sun_path以空零字节开头,它指向由 Unix 协议模块维护的抽象名字空间. 该套接字在此名字空间中的地址由 sun_path 中的剩余字节给定.注意抽象名字空间的名字都不是空零终止的.
SOCKET OPTIONS( 套接字选项 )
    由 于 历 史 原 因,这些套接字选项通过 SOL_SOCKET 类型确定, 即使它们是 PF_UNIX 指定的. 它们可以由 setsockopt(2) 设置.通过指定 SOL_SOCKET 作 为套接字族用 getsockopt(2) 来读取.
    SO_PASSCRED 允许接收进程辅助信息发送的信用证明. 当设置了该选项且套接字 尚未连接时, 则会自动生成一个抽象名字空间的唯一名字. 值为一个整数布尔标 识.
ANCILLARY MESSAGES( 辅助信息 )
   由 于 历 史 原 因, 这些辅助信息类型通过 SOL_SOCKET 类型确定, 即使它们是 PF_UNIX 指定的. 要发送它们,可设置结构 cmsghdr 的 cmsg_level 字 段 为 SOL_SOCKET, 并 设 置 cmsg_type 字段为其类型.要获得更多信息, 请参看 cmsg(3).
    SCM_RIGHTS
    为其他进程发送或接收一套打开文件描述符. 其数据部分包含一个文件 描述符的整型数组. 已传文件描述符的效果就如它们已由 dup(2) 创建 过一样.
    SCM_CREDENTIALS
    发送或者接收 unix 信用证明. 可用作认证.信用证明传送 以 struct ucred 辅助信息的形式传送.
    struct ucred {
    pid_t   pid;     /* 发送进程的进程标识 */
    uid_t   uid;     /* 发送进程的用户标识 */
    gid_t   gid;     /* 发送进程的组标识 */
    };
   发 送者确定的信用证明由内核检查. 一个带有有效用户标识 0 的进程允许指定 不与其自身值相匹配的值.发送者必须确定其自身的进程 标 识(除非它带 有 CAP_SYS_ADMIN), 其 用 户 标识,有效用户标识或者设置用户标识(除非它带有CAP_SETUID),以及其组标识,有效组标识或者 设 置 组 标 识( 除非它带有CAP_SETGID). 为 了 接 收 一 条 struct ucred消息,必须在套接字上激活 SO_PASSCRED 选项.
ERRORS( 错误 )
    ENOMEM
        内存溢出.
   
    ECONNREFUSED
        connect(2) 调用了一个未在监听的套接字对象. 这可能发生在远程套 接字不存在或者文件名不是套接字的时候.
    EINVAL
        传递了无效参数. 通常的产生原因是已传地址的 sun_type 字 段的 AF_UNIX 设置丢失, 或者套接字对应用的操作处于无效状态.
    EOPNOTSUPP
        在非面向流的套接字上调用了流操作,或者试图使用出界的数据选项.
    EPROTONOSUPPORT
        传递的协议是非 PF_UNIX 的.
    ESOCKTNOSUPPORT
        未知的套接字类型.
    EPROTOTYPE
        远程套接字与本地套接字类型不匹配 (SOCK_DGRAM 对SOCK_STREAM).
    EADDRINUSE
        选择的本地地址已经占用,或者文件系统套接字对象已经存在.
    EISCONN
        在 一个已经连接的套接字上调用 connect(2) 或者指定的目标地址在一 个已连接的套接字上.
    ENOTCONN
        套接字操作需要一个目的地址,但是套接字尚未连接.
    ECONNRESET
        远程套接字意外关闭.
    EPIPE
        远程套接字在一个流套接字上关闭了.如果激活,会同时发送一个 SIGPIPE 标识.这可以通过传递 MSG_NOSIGNAL 标识给 sendmsg(2) 或者 recvmsg(2) 来避免.
    EFAULT
        用户内存地址无效.
    EPERM
        发送者在 struct ucred 中传递无效的信用证明.
    当生成一个文件系统套接字对象时, 可能会由通用套接层或者文件系统产生其它错误. 要获得更多信息,可参见合适的手册页.
实践:
    使用套接字在UNIX域内实现进程间通信的服务端程序。
    首先,程序通过调用socket函数,建立了监听连接的套接字,然后调用bind函数,将套接字与地址信息关联起来。
    调用listen函数实现对该端口的监听,当有连接请求时,通过调用accept函数建立与客户机的连接,最后,调用read函数来读取客户机发送过来的消息,当然也可以使用recv函数实现相同的功能。


server代码:s_unix.c
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//s_unix.c 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <sys/un.h>  
#define UNIX_DOMAIN "/tmp/UNIX.domain"  
int main(void)  
{  
    socklen_t clt_addr_len;  
    int listen_fd;  
    int com_fd;  
    int ret;  
    int i;  
    static char recv_buf[1024];   
    int len;  
    struct sockaddr_un clt_addr;  
    struct sockaddr_un srv_addr;  
    listen_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);  
    if(listen_fd<0)  
    {  
        perror("cannot create communication socket");  
        return 1;  
    }    
      
    //set server addr_param  
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;  
    strncpy(srv_addr.sun_path,UNIX_DOMAIN,sizeof(srv_addr.sun_path)-1);  
    unlink(UNIX_DOMAIN);  
    //bind sockfd & addr  
    ret=bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));  
    if(ret==-1)  
    {  
        perror("cannot bind server socket");  
        close(listen_fd);  
        unlink(UNIX_DOMAIN);  
        return 1;  
    }  
    //listen sockfd   
    ret=listen(listen_fd,1);  
    if(ret==-1)  
    {  
        perror("cannot listen the client connect request");  
        close(listen_fd);  
        unlink(UNIX_DOMAIN);  
        return 1;  
    }  
    //have connect request use accept  
    len=sizeof(clt_addr);  
    com_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&clt_addr,&len);  
    if(com_fd<0)  
    {  
        perror("cannot accept client connect request");  
        close(listen_fd);  
        unlink(UNIX_DOMAIN);  
        return 1;  
    }  
    //read and printf sent client info  
    printf("/n=====info=====/n");  
    for(i=0;i<4;i++)  
    {  
        memset(recv_buf,0,1024);  
        int num=read(com_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf));  
        printf("Message from client (%d)) :%s/n",num,recv_buf);    
    }  
    close(com_fd);  
    close(listen_fd);  
    unlink(UNIX_DOMAIN);  
    return 0;  
} 
//s_unix.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#define UNIX_DOMAIN "/tmp/UNIX.domain"
int main(void)
{
    socklen_t clt_addr_len;
    int listen_fd;
    int com_fd;
    int ret;
    int i;
    static char recv_buf[1024];
    int len;
    struct sockaddr_un clt_addr;
    struct sockaddr_un srv_addr;
    listen_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
    if(listen_fd<0)
    {
        perror("cannot create communication socket");
        return 1;
    } 
   
    //set server addr_param
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;
    strncpy(srv_addr.sun_path,UNIX_DOMAIN,sizeof(srv_addr.sun_path)-1);
    unlink(UNIX_DOMAIN);
    //bind sockfd & addr
    ret=bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot bind server socket");
        close(listen_fd);
        unlink(UNIX_DOMAIN);
        return 1;
    }
    //listen sockfd
    ret=listen(listen_fd,1);
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot listen the client connect request");
        close(listen_fd);
        unlink(UNIX_DOMAIN);
        return 1;
    }
    //have connect request use accept
    len=sizeof(clt_addr);
    com_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&clt_addr,&len);
    if(com_fd<0)
    {
        perror("cannot accept client connect request");
        close(listen_fd);
        unlink(UNIX_DOMAIN);
        return 1;
    }
    //read and printf sent client info
    printf("/n=====info=====/n");
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        memset(recv_buf,0,1024);
        int num=read(com_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf));
        printf("Message from client (%d)) :%s/n",num,recv_buf); 
    }
    close(com_fd);
    close(listen_fd);
    unlink(UNIX_DOMAIN);
    return 0;
}
使用套接字在UNIX域内实现进程间通信的客户端程序。相比服务端的程序,客户段较为简单。程序首先通过调用socket函数创建通信所需的套接字,然后,调用connect函数来连接服务器,在成功建立连接后,通过调用write函数向服务器发送指定的消息。
client代码:u_unix.c
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//c_unix.c 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <sys/un.h> 
#define UNIX_DOMAIN "/tmp/UNIX.domain"  
int main(void)  
{  
    int connect_fd;  
    int ret;  
    char snd_buf[1024];  
    int i;  
    static struct sockaddr_un srv_addr;  
//creat unix socket  
    connect_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);  
    if(connect_fd<0)  
    {  
        perror("cannot create communication socket");  
        return 1;  
    }     
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;  
    strcpy(srv_addr.sun_path,UNIX_DOMAIN);  
//connect server  
    ret=connect(connect_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));  
    if(ret==-1)  
    {  
        perror("cannot connect to the server");  
        close(connect_fd);  
        return 1;  
    }  
    memset(snd_buf,0,1024);  
    strcpy(snd_buf,"message from client");  
//send info server  
    for(i=0;i<4;i++)  
        write(connect_fd,snd_buf,sizeof(snd_buf));  
    close(connect_fd);  
    return 0;  
} 
//c_unix.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#define UNIX_DOMAIN "/tmp/UNIX.domain"
int main(void)
{
    int connect_fd;
    int ret;
    char snd_buf[1024];
    int i;
    static struct sockaddr_un srv_addr;
//creat unix socket
    connect_fd=socket(PF_UNIX,SOCK_STREAM,0);
    if(connect_fd<0)
    {
        perror("cannot create communication socket");
        return 1;
    }  
    srv_addr.sun_family=AF_UNIX;
    strcpy(srv_addr.sun_path,UNIX_DOMAIN);
//connect server
    ret=connect(connect_fd,(struct sockaddr*)&srv_addr,sizeof(srv_addr));
    if(ret==-1)
    {
        perror("cannot connect to the server");
        close(connect_fd);
        return 1;
    }
    memset(snd_buf,0,1024);
    strcpy(snd_buf,"message from client");
//send info server
    for(i=0;i<4;i++)
        write(connect_fd,snd_buf,sizeof(snd_buf));
    close(connect_fd);
    return 0;
}
编译运行:
[root@localhost liuxltest]# ./s_unix &
[1] 11664
[root@localhost liuxltest]# ./c_unix &
=====info=====
Message from client (1024)) :message from client
Message from client (1024)) :message from client
Message from client (1024)) :message from client
Message from client (1024)) :message from client
[2] 11665
[1]-  Done                    ./s_unix
[2]+  Done                    ./c_unix
[root@localhost liuxltest]#
当运行s_unix程序后,该程序将处于监听状态。这时,可以通过netstat命令查看程序运行情况,s_unix的套接字类型为流套接字,并处于监听状态。
[root@localhost liuxltest]#
[root@localhost liuxltest]# ./s_unix &
[1] 12056
[root@localhost liuxltest]# netstat -an |grep /tmp
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     64014  /tmp/ssh-CekOJ11069/agent.11069
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     6216   /tmp/.font-unix/fs7100
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     62042  /tmp/ssh-XOCgkr9439/agent.9439
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     62316  /tmp/ssh-mojoaQ9648/agent.9648
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     65267  /tmp/UNIX.domain
unix  2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     65210  /tmp/ssh-NlKtA12012/agent.12012


<think>我们正在讨论的是如何在用户态实现与perf_event相关的BPF功能,特别是BPF与perf_event的交互功能。根据提供的引用,我们可以总结出以下关键点: 1. BPF程序可以通过perf_event机制将事件数据从内核态发送到用户态(引用[^1])。 2. 用户态程序通过`perf_event_open`系统调用与内核交互(引用[^2])。 3. 用户态需要设置一个事件队列(evqueue)来接收事件,该队列包含文件描述符、内存映射页和缓冲区(引用[^3])。 4. 用户态程序需要处理从perf_event环形缓冲区中读取数据(引用[^3])。 因此,实现用户态与BPF的perf_event交互功能,主要步骤包括: 1. **创建perf事件**:使用`perf_event_open`系统调用创建一个perf事件,指定事件类型和配置参数。 2. **映射内存**:将perf事件的文件描述符映射到用户态内存,以便访问环形缓冲区。 3. **附加BPF程序**:将BPF程序附加到该perf事件上,这样当事件发生时,BPF程序可以运行并将数据输出到环形缓冲区。 4. **轮询和读取数据**:用户态程序不断轮询环形缓冲区,读取BPF程序发送的事件数据。 下面是一个具体的步骤说明和代码示例: ### 步骤1: 创建perf事件 使用`perf_event_open`系统调用创建一个perf事件。我们需要设置一个`perf_event_attr`结构体来指定事件的属性。 ```c #include <linux/perf_event.h> // 包含perf_event相关的结构体和常量 #include <sys/syscall.h> // 包含syscall函数 #include <unistd.h> // 包含close函数 int perf_event_open(struct perf_event_attr *attr, pid_t pid, int cpu, int group_fd, unsigned long flags) { return syscall(__NR_perf_event_open, attr, pid, cpu, group_fd, flags); } // 创建perf事件 struct perf_event_attr attr = { .type = PERF_TYPE_SOFTWARE, // 软件事件 .size = sizeof(attr), .config = PERF_COUNT_SW_BPF_OUTPUT, // 用于BPF输出 .sample_type = PERF_SAMPLE_RAW, // 原始数据 .sample_period = 1, // 每个事件都采样 .wakeup_events = 1, // 每个事件唤醒一次 }; int fd = perf_event_open(&attr, -1 /* pid */, 0 /* cpu */, -1 /* group_fd */, 0 /* flags */); if (fd < 0) { // 错误处理 } ``` ### 步骤2: 映射内存 使用`mmap`将perf事件的文件描述符映射到用户态内存,这样我们可以直接访问环形缓冲区。 ```c #include <sys/mman.h> // 获取内存映射页的大小(通常为一页) long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE); // 映射内存,大小为1页(元数据) + 环形缓冲区大小 size_t mmap_size = page_size + (128 * page_size); // 环形缓冲区大小可以自定义 void *base = mmap(NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (base == MAP_FAILED) { // 错误处理 } // 获取元数据页和环形缓冲区 struct perf_event_mmap_page *header = (struct perf_event_mmap_page *)base; char *buffer = (char *)(header + 1); // 环形缓冲区紧跟在元数据页之后 ``` ### 步骤3: 附加BPF程序 在BPF程序中,我们可以使用`bpf_perf_event_output`函数将数据输出到perf事件。首先,我们需要将上面创建的perf事件文件描述符附加到BPF程序中。 假设我们有一个BPF程序,它定义了一个perf事件输出函数: ```c // BPF程序(通常用C编写,然后编译成字节码) #include <uapi/linux/bpf.h> #include <bpf/bpf_helpers.h> struct data_t { // ... 定义你的数据结构 }; // 定义perf事件映射 struct { __uint(type, BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY); __uint(key_size, sizeof(int)); __uint(value_size, sizeof(int)); } perf_map SEC(".maps"); SEC("tracepoint/syscalls/sys_enter_execve") int bpf_prog(void *ctx) { struct data_t data = { ... }; // 填充数据 // 输出到perf事件 bpf_perf_event_output(ctx, &perf_map, BPF_F_CURRENT_CPU, &data, sizeof(data)); return 0; } ``` 在用户态,我们需要将之前创建的perf事件文件描述符添加到`perf_map`中。这可以通过`bpf_map_update_elem`函数实现。 ```c // 假设我们已经加载了BPF程序,并获取了perf_map的文件描述符(map_fd) int key = 0; // 数组的索引,通常每个CPU一个,但我们这里只有一个事件 int value = fd; // 之前创建的perf事件文件描述符 if (bpf_map_update_elem(map_fd, &key, &value, BPF_ANY) < 0) { // 错误处理 } ``` ### 步骤4: 轮询和读取数据 用户态程序需要不断检查环形缓冲区中是否有新数据。环形缓冲区的元数据页中有`data_head`和`data_tail`指针,分别表示生产者的当前位置和消费者的当前位置。 ```c // 轮询环形缓冲区 while (true) { // 等待事件(可以使用poll或ioctl,但这里我们使用忙等待) __u64 data_head = __atomic_load_n(&header->data_head, __ATOMIC_ACQUIRE); if (data_head == header->data_tail) { // 没有新数据,可以休眠或继续轮询 continue; } // 读取数据 char *buf = buffer + (header->data_tail % (128 * page_size)); // 环形缓冲区大小 struct data_t *event = (struct data_t *)buf; // 处理事件 // ... // 更新data_tail,表示我们已经消费了这个事件 header->data_tail += sizeof(struct data_t); } ``` ### 注意事项 1. **环形缓冲区同步**:读取数据时,需要确保正确地同步`data_head`和`data_tail`,避免生产者和消费者的竞争条件。 2. **事件大小**:确保每个事件的大小是固定的,或者事件中包含长度信息,以便正确解析。 3. **性能考虑**:频繁的事件输出可能会影响性能,因此需要合理配置采样周期和缓冲区大小。 通过以上步骤,我们可以在用户态实现与perf_event相关的BPF功能,即从BPF程序中接收事件数据。 ### 相关问题 1. 如何优化BPF与用户态通过perf_event的数据传输性能? 2. 除了perf_event,BPF还有哪些机制可以与用户态通信? 3. 如何处理环形缓冲区中的数据竞争问题?</think>### 用户态实现 BPF 与 perf_event 的交互 在用户态实现 BPF 与 perf_event 的交互,主要通过以下核心步骤完成(基于 Linux 内核机制): #### 1. **创建 perf_event 文件描述符** 使用 `perf_event_open()` 系统调用创建事件监控通道: ```c #include <linux/perf_event.h> struct perf_event_attr attr = { .type = PERF_TYPE_SOFTWARE, // 软件事件类型 .size = sizeof(attr), .config = PERF_COUNT_SW_BPF_OUTPUT, // 专用于 BPF 输出 .sample_period = 1, // 每个事件都采样 .sample_type = PERF_SAMPLE_RAW, // 原始数据格式 }; int fd = syscall(__NR_perf_event_open, &attr, -1 /* pid */, 0 /* cpu */, -1 /* group_fd */, 0 /* flags */); ``` 此调用返回文件描述符 `fd` 用于后续操作[^2]。 #### 2. **建立环形缓冲区映射** 通过 `mmap()` 将 perf_event 的环形缓冲区映射到用户空间: ```c long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE); size_t mmap_size = (1 + 128) * page_size; // 1页元数据 + 128页数据 struct perf_event_mmap_page *header = mmap( NULL, mmap_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, // 上一步的文件描述符 0 ); ``` 环形缓冲区结构包含: ```c struct perf_event_mmap_page { __u32 data_head; // 生产者指针 __u32 data_tail; // 消费者指针 char data[]; // 环形缓冲区起始位置 }; ``` 用户态通过 `data_head` 和 `data_tail` 的差值判断新数据[^3]。 #### 3. **BPF 程序发送数据** 在内核 BPF 程序中使用 helper 函数输出数据: ```c // BPF 程序 struct bpf_map_def SEC("maps") perf_map = { .type = BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY, .key_size = sizeof(int), .value_size = sizeof(u32), .max_entries = 64, }; SEC("tracepoint/syscalls/sys_enter_execve") int bpf_prog(void *ctx) { struct data_t data = { ... }; // 自定义数据结构 bpf_perf_event_output(ctx, &perf_map, BPF_F_CURRENT_CPU, &data, sizeof(data)); return 0; } ``` #### 4. **用户态读取数据** 轮询并处理环形缓冲区数据: ```c while (true) { // 检查新数据 uint32_t head = header->data_head; uint32_t tail = header->data_tail; if (tail == head) continue; // 无新数据 // 计算有效数据长度 size_t data_size = head - tail; char *data_ptr = (char*)header + page_size + (tail % (128 * page_size)); // 处理数据(需处理环形回绕) process_event_data(data_ptr, data_size); // 更新消费者指针 __sync_synchronize(); header->data_tail += data_size; } ``` #### 关键交互机制 1. **内存映射通信** perf_event 通过 `mmap()` 创建共享内存区,避免内核态到用户态的数据拷贝[^3]。 2. **无锁环形缓冲区** 使用 `data_head`/`data_tail` 指针实现生产-消费模型,通过内存屏障(`__sync_synchronize()`)保证可见性[^3]。 3. **事件触发机制** BPF 程序通过 `bpf_perf_event_output()` 将数据注入环形缓冲区,用户态通过轮询或 epoll 监控文件描述符事件。 > ⚠️ **注意事项** > - 缓冲区大小需匹配事件频率,避免溢出 > - 多 CPU 核心场景需为每个 CPU 创建独立缓冲区 > - 使用 `ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0)` 激活事件采集 ### 相关问题 1. 如何优化 perf_event 环形缓冲区的性能? 2. BPF 程序如何过滤和预处理事件数据再发送到用户态? 3. 在多线程环境下如何安全地读取 perf_event 缓冲区? 4. perf_event 与其他 BPF 用户态通信机制(如 ringbuf)有何区别? [^1]: eBPF 内核模块使用 perf 事件机制与用户态通信 [^2]: 用户态通过 `perf_event_open` 系统调用与内核交互 [^3]: 环形缓冲区通过 `perf_event_mmap_page` 结构实现无锁通信
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