eBPF技术正以令人难以置信的速度发展,作为一项新兴技术,它具备改变容器网络、安全、可观测性生态的潜力。eBPF作为更加现代化的内核技术,相较于内核模块,它的编写难度已经有了较大的降低,但是不可否认对于普通开发者还是有一定门槛。因此,很多云原生软件会在eBPF系统调用(函数)和libbpf之上封装一层更加简单易用的api,比如falco的libs、bcc的libbcc、cilium的cilium-ebpf。笔者将这些依赖库称之为eBPF的基础设施。Kindling专注于云可观测性领域,致力于排查各种复杂故障,包括但不限于网络、文件、内存、on-off cpu堆栈,解决上述问题是Kindling的第一优先级目标,本着不重复造轮子的原则,Kindling无意于再创造一个eBPF的基础设施。
丰富的eBPF基础设施库
当下有很多库可以供开发者选择,比如libbcc、dropbox的goebpf、cilium的ebpf库、calico的底层库、falco的lib库。这些库主要协助完成以下功能:
- 将eBPF程序加载到内核中并且重定位
- 将map载入初始化,提供fd供用户态和内核态交互
- 更友好的开发使用体验
基于此,我们分别选择了2个基于c和go的基础设施库来对比:
Libbcc | Gobpf | Falco-libs | Cilium-ebpf | |
---|---|---|---|---|
开发语言 | c或cgo | go | c | c通过bpf2go转换成go |
是否支持CO-RE | 支持 | 支持 | 不支持(正在支持) | 支持 |
api完善度 | 较好 | 较好 | 较好 | 很好 |
初始化流程完善程度 | 好 | 好 | 好 | 好 |
在这4个比较对象中,libbcc和gobpf一脉同源,gobpf是libbcc的go实现,其原理是用cgo包装了libbcc和libelf。faclo-libs是纯c语言的实现,cilium-ebpf则是纯go语言的实现。在功能实现方面,这些库都实现了eBPF程序加载使用的基本流程。不过这些库分别也拥有一些其独有的优势,比如:
- Cilium-ebpf由于cilium踩得坑较多,在一些细节方面更加出色,比如eBPF中使用memcmp函数存在一些可用性的BUG(详见:https://lists.llvm.org/piperm...),cilium就重写这些基础库函数,保证函数是可用的
- libbcc和faclo-libs由于是纯c的库,不需要经过cgo这样的方式调用,相对来说性能也更加出色一点
- libbcc有更好的脚本语言生态,bcc中很多python和lua这类运行在libbcc之上的脚本已经很成熟,能帮助用户更快和更容易的写出eBPF程序
Kindling选择falco-libs的N大理由
既然基础的功能这些库都能实现,并且在细节方面cilium更加出色,那么为什么Kindling依旧选择了falco-libs作为了eBPF基础设施呢?理由如下:
对低版本内核的支持
众所周知,eBPF在4.14内核版本以上才能使用。但是现阶段很多发行版比如centOS7的内核版本都是3.x,无法使用eBPF(centOS7.6以上已经通过eBPF patch支持)。falco-libs使用内核模块实现了和eBPF相同的功能,且性能表现更加出色,Kindling认为centOS7.4等版本在国内现阶段还是广泛应用的,在低版本内核中体验到Kindling可观测性的功能是非常重要的。
由于采用了faclo-libs,Kindling支持的发行版本:发行版 版本 Ubuntu 16.04+ Debian 9.0+ RHEL 7+ CentOS 7+
内核模块更出色的性能表现(图出自falco-libs github):
faclo社区的性能测试结果
对于系统调用的精细化整理
falco-libs是syscall方面的专家,而Kindling对syscall的分析需求也必不可少。
syscall是Kindling可观测性事件的重要来源,syscall可以分析出一次网络调用的时间、具体网络报文,一次 文件读写等指标。在Kindling的未来功能规划里,oncpu offcpu剖析也需要用到futex,write,epoll等syscall。
facalo-libs梳理了300多个syscall,将其中的主要参数从内核数据结构转换成如下类似事件结构:/* PPME_SOCKET_GETSOCKOPT_E */{\"getsockopt\", EC_NET, EF_MODIFIES_STATE | EF_DROP_SIMPLE_CONS, 0 }, /* PPME_SOCKET_GETSOCKOPT_X */{\"getsockopt\", EC_NET, EF_USES_FD | EF_MODIFIES_STATE| EF_DROP_SIMPLE_CONS, 6, {{\"res\", PT_ERRNO, PF_DEC}, {\"fd\", PT_FD, PF_DEC}, {\"level\", PT_FLAGS8, PF_DEC, sockopt_levels}, {\"optname\", PT_FLAGS8, PF_DEC, sockopt_options}, {\"val\", PT_DYN, PF_DEC, sockopt_dynamic_param, PPM_SOCKOPT_IDX_MAX}, {\"optlen\", PT_UINT32, PF_DEC}}}, /* PPME_SOCKET_SENDMSG_E */{\"sendmsg\", EC_IO_WRITE, EF_USES_FD | EF_WRITES_TO_FD | EF_MODIFIES_STATE, 3, {{\"fd\", PT_FD, PF_DEC}, {\"size\", PT_UINT32, PF_DEC}, {\"tuple\", PT_SOCKTUPLE, PF_NA} } }, /* PPME_SOCKET_SENDMSG_X */{\"sendmsg\", EC_IO_WRITE, EF_USES_FD | EF_WRITES_TO_FD | EF_MODIFIES_STATE, 2, {{\"res\", PT_ERRNO, PF_DEC}, {\"data\", PT_BYTEBUF, PF_NA} } },
Falco-libs对事件的丰富化
Falco-libs会根据内核事件的tid,fd等信息自动补全事件的以下字段:字段 描述 Category 事件分类,比如该事件属于网络、文件、内存等 FdInfo FD相关信息,比如该FD代表的文件,网络协议,四元组等信息 ThreadInfo 线程名称,事件所属于的容器id等信息 这让Kindling将事件转换成指标和trace变得事半功倍。
- 正在支持中的CO-RE
Faclo-libs截止目前还未支持CO-RE,不过其已经有独立的分支开始进行相关内容支持,相信在不久的将来falco-libs将支持CO-RE。这使得笔者认为的falco-libs的最大短板将得到解决
基于以上理由,笔者认为faclo-libs是当下最适合Kindling功能需求的基础eBPF库。
基于faclo-libs的拓展
- 由于faclo-libs专注于syscall,所以其对tracepint的支持较好,对于其他eBPF程序类型没有支持。Kindling拓展了faclo-libs的代码使其支持了kprobe
- 支持了centos7.6+使用eBPF
- 拓展了除syscall之外的更多事件,并且Kindling还将根据需求不断拓展新事件,以下是Kindling已经新增的事件:
- 拓展了用户态动态控制probe启停的能力
- 拓展了eBPF相关的基础函数,比如字符串比较等
这些改动都体现在该仓库agent-libs(fork on faclo/libs): https://github.com/Kindling-p...
对于未来
随着国内3.x内核版本操作系统的逐渐更新换代,Kindling有理由选择社区热度更火、细节方面更出色的cilium-eBPF作为底层基础库,也有理由选择经过无数环境验证的libbcc作为底层库。总之,一切取决与Kindling用户的需要,Kindling对此呈开放态度并且始终权衡利弊,选择当下最合适的方案。
Kindling是一款基于eBPF的云原生可观测性开源工具,旨在帮助用户更好更快的定界云原生系统问题,并致力于打造云原生全故障域的定界能力。
加入我们
关注我们