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태그: BPF

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eBPF로 서버 성능 Profiling하는 법: Pyroscope의 구현 살펴보기

eBPF를 사용한 모니터링을 공부하며 Pyroscopee의 eBPF 기능에 관심이 생겼다. 구현 코드를 살펴보면서 eBPF를 활용하는 방법과 그에 연관된 Linux 기능을 익힐 수 있었는데, 내용을 되새기기 위해 공부했던 부분을 전체적으로 풀어 설명해보려 한다. 우선 관련된 기술 배경부터 알아보자. Pyroscope Grafana Pyroscope는 애플리케이션을 지속적으로 프로파일링하는 오픈소스 플랫폼이다. 프로파일링(profiling)이란? 프로그램을 실행하면서 성능을 측정하고, 분석하는 행위를 프로파일링이라고 한다. 함수 혹은 메소드가 CPU를 얼마나 오랫동안 사용하는가, 얼마나 많이 호출되는가 메모리를 얼마나 자주 할당 및 해제하는가, 얼마나 많이 할당하느냐 와 같은 정보를 측정한다. 애플

메모리 로딩

BPF는 일반적인 프로그램과 유사한 방식으로 개발하기 때문에 유사한 실행파일 및 메모리 구조를 가지고 있지만, 커널 안에서 제한된 환경으로 실행되기 때문에 로딩(loading) 또한 다른 방식으로 실행된다 데이터 유형 일반적인 실행파일에서 가장 중요한 두 가지는 코드와 데이터이다. 코드는 말그대로 상위언어를 컴파일한 머신코드를 의미하고, 데이터는 실행시 코드가 참조하는 메모리를 의미한다. 데이터는 스택과 힙같이 실행시 메모리가 할당/해제되는 동적 데이터와 전역변수처럼 코드에서 선언되는 정적 데이터로 나뉘는데, 정적 데이터는 실행파일을 로딩할 때 메모리가 할당되고 해당 메모리를 참조하는 코드도 재배치(relocation)된다. 그리고 정적 데이터는 크게 읽기전용 변수, 초기화된 전역변수 그리고

서브프로그램

BPF는 일반적으로 하나의 함수(main 함수)가 하나의 섹션이 되고, 하나의 섹션이 하나의 프로그램이 된다. 그리고 커널에서 해당 프로그램을 실행할 때는 프로그램의 시작 위치가 메인함수의 시작 위치이기 때문에 간단히 처음부터 실행하면 된다. 하지만 아래와 같이 메인함수에서 공통함수를 호출하는 경우처럼 두 개 이상의 함수가 필요한 경우에는 프로그램의 시작 위치를 어떻게 보장할까? BPF는 이러한 상황에서 시작 위치 보장을 위해 서브프로그램이라는 기능을 제공한다. 아래 코드는 bcc의 filetop 예제코드이다. 해당 예제는 vfs_read와 vfs_write 커널함수에서 각각 사용할 두 개의 BPF 메인함수와 두 개의 함수에서 사용하는 공통함수(probe_entry)로 구성되어 있다. static

BPF communicates with userspace

once a program is attached and running, how do we gather information from it? There are three ways to do do this; using BPF maps, perf events and bpf_trace_printk. 1. BPF maps When should I use maps? BPF maps are useful for gathering information during BPF programs to share with other running BPF programs, or with userspace programs which can also see the map data. How can I use it The set of map

BPF System Call

include &x3C;linux/bpf.h> int bpf(int cmd, union bpf_attr *attr, unsigned int size);int bpf(int cmd, union bpf_attr *attr, unsigned int size);"> bpf() 시스템 콜은 eBPF와 관련된 다양한 동작을 수행한다. 이 시스템 콜을 사용해 커널 내 eBPF 헬퍼 함수들을 호출할 수 있으며 eBPF Map 같은 공유 자료 구조에 접근할 수 있다. 각 eBPF 프로그램은 완료 때까지 안전하게 실행할 수 있는 명령어들의 집합이다. 커널 내 검증기가 eBPF 프로그램이 안전한지 여부를 정적으로 판단한다. 검증하는 동안 커널에서 그 eBPF 프로그램이 쓰는 맵 각각에 참조 카운터를 올려서 프로그램이

libbpf helper 함수

libbpf_register_prog_handler() LIBBPF_API int libbpf_register_prog_handler(const char *sec, enum bpf_prog_type prog_type, enum bpf_attach_type exp_attach_type, const struct libbpf_prog_handler_opts *opts); libbpf_register_prog_handler()는 커스텀 BPF 프로그램을 SEC() handler로 등록해준다. 모든 커스텀 handler(sec 파라미터가 NULL인 것은 제외)는 libbpf에서 정의하는 SEC() handler보다 전에 등록된다. 파라미터 se

BPF ring buffer

BPF 프로그램은 수집한 데이터를 후처리하고 로깅하기 위해 정보를 User space로 전송하는데, 대부분의 경우 이를 위해 BPF Perf buffer(Perfbuf)를 사용한다. Perfbuf는 CPU마다 하나씩 생성되는 순환 버퍼로, Kernel space와 Use space간 데이터를 효율적으로 교환할 수 있도록 한다. 하지만 Perfbuf에는 두가지의 문제점이 있었다. 각 CPU에 대해 별도의 버퍼를 사용하기 때문에 데이터 스파이크에 대응하기 위해서 각각의 버퍼크기를 크게 할당해주어야 한다. 이 때문에 필요한 것 보다 더 많은 메모리 공간이 낭비될 수 있다. 연관된 이벤트가 서로 다른 CPU에서 빠르게 발생하는 경우 이벤트가 순서대로 전달되지 않을 수 있다. 이 때문에 이벤트를 옳은 순서로

libbpf is a C-based library containing a BPF loader that takes compiled BPF object files and prepares and loads them into the Linux kernel. libbpf takes the heavy lifting of loading, verifying, and attaching BPF programs to various kernel hooks, allowing BPF application developers to focus only on BPF program correctness and performance. The following are the high-level features supported by libbp

XDP(eXpress Data Path) is an eBPF-based high-performance data path used to send and receive network packets at high rates by bypassing most of the operating system networking stack. Data path Packet flow paths in the Linux kernel. XDP bypasses the networking stack and memory allocation for packet metadata. The idea behind XDP is to add an early hook in the RX path of the kernel, and let a u

BPF는 c언어로 작성할 수 있고, LLVM의 clang과 같은 컴파일러를 활용해 C언어로 된 BPF 프로그램 코드를 eBPF 바이트코드로 컴파일할 수 있다. linux man 페이지에서 BPF 프로그램 예제를 볼 수 있다. include &x3C;linux/bpf.h> ifndef __section define __section(x) __attribute__((section(x), used))endif __section("classifier") int cls_main(struct __sk_buff *skb) { return -1;} char __license[] __section("license") = "GPL";ifndef __section define __section(x) __attri

For connected systems evolving these days, the amount of data transfer is huge, and the support infrastructure for the network analysis needed a way to filter out things pretty fast. BPF는 1992년 패킷 분석 및 필터링을 위해 개발된 in-kernel virtual machine이다. BSD라는 OS에서 처음 도입했으며 리눅스에서도 이 개념을 빌려와서 서브시스템을 만들었다. in-kernel virtual machine이라고 함은 정말로 가상의 레지스터와 스택 등을 갖고 있으며 이를 바탕으로 코드를 실행한다는 뜻이다. 커널 레벨의 프로그램을 개

BPF 프로그램 타입

BPF 프로그램의 종류는 다양하다. BPF 프로그램은 이벤트를 중심으로 작성되는데, 프로그램 타입에 따라 사용할 수 있는 이벤트가 제한적이므로 작성하고자 하는 프로그램이 어떤 범주에 속하는지 잘 알고 있어야 한다. 작성한 프로그램은 해당하는 이벤트가 발생할 때 실행되고, 실행 시점에 프로그램에서 필요로 하는 정보가 컨텍스트로 제공될 것이다. 프로그램 타입 커널 내 소스에는 커널에서 지원하는 BPF 프로그램의 타입 전체가 나열되어 있다. /* Note that tracing related programs such as * BPF_PROG_TYPE_{KPROBE,TRACEPOINT,PERF_EVENT,RAW_TRACEPOINT} * are not subject to a stable API since kernel

BTF is the metadata format which encodes the debug info related to BPF program/map. The name BTF was used initially to describe data types. The BTF was later extended to include function info for defined subroutines, and line info for source/line information. The debug info is used for map pretty print, function signature, etc. The function signature enables better bpf program/function kernel symb