Kể từ ngày 27 tháng 3 năm 2025, bạn nên sử dụng android-latest-release thay vì aosp-main để xây dựng và đóng góp cho AOSP. Để biết thêm thông tin, hãy xem phần Thay đổi đối với AOSP.

Trang này được dịch bởi Cloud Translation API.

Mở rộng nhân bằng eBPF

Bộ lọc gói Berkeley mở rộng (eBPF) là một máy ảo trong nhân chạy các chương trình eBPF do người dùng cung cấp để mở rộng chức năng của nhân. Các chương trình này có thể được liên kết với các lệnh kiểm tra hoặc sự kiện trong nhân và được dùng để thu thập số liệu thống kê nhân hữu ích, giám sát và gỡ lỗi. Một chương trình được tải vào nhân bằng cách sử dụng lệnh gọi hệ thống bpf(2) và do người dùng cung cấp dưới dạng một blob nhị phân gồm các chỉ dẫn máy eBPF. Hệ thống bản dựng Android hỗ trợ việc biên dịch các chương trình C sang eBPF bằng cách sử dụng cú pháp tệp bản dựng đơn giản như mô tả trong tài liệu này.

Bạn có thể xem thêm thông tin về nội bộ và cấu trúc của eBPF tại trang eBPF của Brendan Gregg.

Android có một trình tải và thư viện eBPF tải các chương trình eBPF tại thời điểm khởi động.

Trình tải BPF Android

Trong quá trình khởi động Android, tất cả các chương trình eBPF nằm tại /system/etc/bpf/ đều được tải. Đây là các đối tượng nhị phân do hệ thống xây dựng Android tạo từ các chương trình C và đi kèm với các tệp Android.bp trong cây nguồn Android. Hệ thống xây dựng lưu trữ các đối tượng đã tạo tại /system/etc/bpf và các đối tượng đó sẽ trở thành một phần của hình ảnh hệ thống.

Định dạng của chương trình C eBPF trên Android

Một chương trình C eBPF phải có định dạng sau:

#include <bpf_helpers.h>

/* Define one or more maps in the maps section, for example
 * define a map of type array int -> uint32_t, with 10 entries
 */
DEFINE_BPF_MAP(name_of_my_map, ARRAY, int, uint32_t, 10);

/* this also defines type-safe accessors:
 *   value * bpf_name_of_my_map_lookup_elem(&key);
 *   int bpf_name_of_my_map_update_elem(&key, &value, flags);
 *   int bpf_name_of_my_map_delete_elem(&key);
 * as such it is heavily suggested to use lowercase *_map names.
 * Also note that due to compiler deficiencies you cannot use a type
 * of 'struct foo' but must instead use just 'foo'.  As such structs
 * must not be defined as 'struct foo {}' and must instead be
 * 'typedef struct {} foo'.
 */

DEFINE_BPF_PROG("PROGTYPE/PROGNAME", AID_*, AID_*, PROGFUNC)(..args..) {
   <body-of-code
    ... read or write to MY_MAPNAME
    ... do other things
   >
}

LICENSE("GPL"); // or other license

Trong trường hợp:

name_of_my_map là tên của biến bản đồ. Tên này thông báo cho trình tải BPF về loại bản đồ cần tạo và các tham số cần dùng. Định nghĩa cấu trúc này được cung cấp bởi tiêu đề bpf_helpers.h đi kèm.
PROGTYPE/PROGNAME biểu thị loại chương trình và tên chương trình. Loại chương trình có thể là bất kỳ loại nào được liệt kê trong bảng sau. Khi một loại chương trình không được liệt kê, sẽ không có quy ước đặt tên nghiêm ngặt cho chương trình; tên chỉ cần được biết đến trong quy trình đính kèm chương trình.
PROGFUNC là một hàm được đặt trong một phần của tệp kết quả khi được biên dịch.

kprobe	Hooks `PROGFUNC` onto at a kernel instruction using the kprobe infrastructure. `PROGNAME` phải là tên của hàm kernel đang được kprobe. Hãy tham khảo tài liệu về kprobe kernel để biết thêm thông tin về kprobe.
điểm theo dõi	Liên kết `PROGFUNC` vào một điểm theo dõi. `PROGNAME` phải có định dạng `SUBSYSTEM/EVENT`. Ví dụ: một phần tracepoint để đính kèm các hàm vào sự kiện chuyển đổi ngữ cảnh của trình lập lịch sẽ là `SEC("tracepoint/sched/sched_switch")`, trong đó `sched` là tên của hệ thống con theo dõi và `sched_switch` là tên của sự kiện theo dõi. Hãy xem tài liệu về nhân sự kiện theo dõi để biết thêm thông tin về các điểm theo dõi.
skfilter	Lập trình các hàm dưới dạng bộ lọc ổ cắm mạng.
schedcls	Chức năng chương trình như một trình phân loại lưu lượng truy cập mạng.
cgroupskb, cgroupsock	Chương trình chạy bất cứ khi nào các quy trình trong CGroup tạo một ổ cắm AF_INET hoặc AF_INET6.

Bạn có thể tìm thấy các loại khác trong mã nguồn Trình tải.

Ví dụ: chương trình myschedtp.c sau đây sẽ thêm thông tin về PID của tác vụ mới nhất đã chạy trên một CPU cụ thể. Chương trình này đạt được mục tiêu bằng cách tạo một bản đồ và xác định hàm tp_sched_switch có thể được đính kèm vào sự kiện dấu vết sched:sched_switch. Để biết thêm thông tin, hãy xem phần Đính kèm chương trình vào điểm theo dõi.

#include <linux/bpf.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <bpf_helpers.h>

DEFINE_BPF_MAP(cpu_pid_map, ARRAY, int, uint32_t, 1024);

struct switch_args {
    unsigned long long ignore;
    char prev_comm[16];
    int prev_pid;
    int prev_prio;
    long long prev_state;
    char next_comm[16];
    int next_pid;
    int next_prio;
};

DEFINE_BPF_PROG("tracepoint/sched/sched_switch", AID_ROOT, AID_SYSTEM, tp_sched_switch)
(struct switch_args *args) {
    int key;
    uint32_t val;

    key = bpf_get_smp_processor_id();
    val = args->next_pid;

    bpf_cpu_pid_map_update_elem(&key, &val, BPF_ANY);
    return 1; // return 1 to avoid blocking simpleperf from receiving events
}

LICENSE("GPL");

Macro LICENSE được dùng để xác minh xem chương trình có tương thích với giấy phép của nhân hay không khi chương trình sử dụng các hàm trợ giúp BPF do nhân cung cấp. Chỉ định tên giấy phép của chương trình ở dạng chuỗi, chẳng hạn như LICENSE("GPL") hoặc LICENSE("Apache 2.0").

Định dạng của tệp Android.bp

Để hệ thống xây dựng Android tạo chương trình eBPF .c, bạn phải tạo một mục trong tệp Android.bp của dự án. Ví dụ: để tạo một chương trình C eBPF có tên là bpf_test.c, hãy tạo mục sau trong tệp Android.bp của dự án:

bpf {
    name: "bpf_test.o",
    srcs: ["bpf_test.c"],
    cflags: [
        "-Wall",
        "-Werror",
    ],
}

Mục nhập này biên dịch chương trình C dẫn đến đối tượng /system/etc/bpf/bpf_test.o. Khi khởi động, hệ thống Android sẽ tự động tải chương trình bpf_test.o vào nhân.

Các tệp có trong sysfs

Trong quá trình khởi động, hệ thống Android sẽ tự động tải tất cả các đối tượng eBPF từ /system/etc/bpf/, tạo các bản đồ mà chương trình cần và ghim chương trình đã tải cùng với các bản đồ của chương trình vào hệ thống tệp BPF. Sau đó, bạn có thể dùng các tệp này để tương tác thêm với chương trình eBPF hoặc đọc các bản đồ. Phần này mô tả các quy ước được dùng để đặt tên cho những tệp này và vị trí của chúng trong sysfs.

Các tệp sau đây sẽ được tạo và ghim:

Đối với mọi chương trình đã tải, giả sử PROGNAME là tên của chương trình và FILENAME là tên của tệp C eBPF, trình tải Android sẽ tạo và ghim từng chương trình tại /sys/fs/bpf/prog_FILENAME_PROGTYPE_PROGNAME.

Ví dụ: đối với ví dụ về điểm theo dõi sched_switch trước đó trong myschedtp.c, một tệp chương trình sẽ được tạo và ghim vào /sys/fs/bpf/prog_myschedtp_tracepoint_sched_sched_switch.
Đối với mọi bản đồ đã tạo, giả sử MAPNAME là tên của bản đồ và FILENAME là tên của tệp C eBPF, trình tải Android sẽ tạo và ghim từng bản đồ vào /sys/fs/bpf/map_FILENAME_MAPNAME.

Ví dụ: đối với ví dụ về điểm theo dõi sched_switch trước đó trong myschedtp.c, một tệp bản đồ sẽ được tạo và ghim vào /sys/fs/bpf/map_myschedtp_cpu_pid_map.
bpf_obj_get() trong thư viện BPF của Android trả về một chỉ số mô tả tệp từ tệp /sys/fs/bpf được ghim. Bạn có thể dùng bộ mô tả tệp này cho các thao tác khác, chẳng hạn như đọc bản đồ hoặc đính kèm một chương trình vào một điểm theo dõi.

Thư viện BPF của Android

Thư viện Android BPF có tên là libbpf_android.so và là một phần của hình ảnh hệ thống. Thư viện này cung cấp cho người dùng các chức năng eBPF cấp thấp cần thiết để tạo và đọc bản đồ, tạo các chương trình dò tìm, điểm theo dõi và vùng đệm perf.

Đính kèm chương trình vào điểm theo dõi

Các chương trình tracepoint sẽ tự động tải khi khởi động. Sau khi tải, chương trình tracepoint phải được kích hoạt bằng các bước sau:

Gọi bpf_obj_get() để lấy chương trình fd từ vị trí của tệp được ghim. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo Các tệp có trong sysfs.
Gọi bpf_attach_tracepoint() trong thư viện BPF, truyền cho thư viện này chương trình fd và tên điểm theo dõi.

Đoạn mã mẫu sau đây cho biết cách đính kèm điểm theo dõi sched_switch được xác định trong tệp nguồn myschedtp.c trước đó (không hiển thị quy trình kiểm tra lỗi):

  char *tp_prog_path = "/sys/fs/bpf/prog_myschedtp_tracepoint_sched_sched_switch";
  char *tp_map_path = "/sys/fs/bpf/map_myschedtp_cpu_pid";

  // Attach tracepoint and wait for 4 seconds
  int mProgFd = bpf_obj_get(tp_prog_path);
  int mMapFd = bpf_obj_get(tp_map_path);
  int ret = bpf_attach_tracepoint(mProgFd, "sched", "sched_switch");
  sleep(4);

  // Read the map to find the last PID that ran on CPU 0
  android::bpf::BpfMap<int, int> myMap(mMapFd);
  printf("last PID running on CPU %d is %d\n", 0, myMap.readValue(0));

Đọc từ bản đồ

Các tệp ánh xạ BPF hỗ trợ các cấu trúc hoặc loại khoá và giá trị phức tạp tuỳ ý. Thư viện Android BPF bao gồm một lớp android::BpfMap sử dụng các mẫu C++ để khởi tạo BpfMap dựa trên loại khoá và giá trị cho bản đồ được đề cập. Mã mẫu trước đó minh hoạ cách sử dụng BpfMap với khoá và giá trị là số nguyên. Các số nguyên cũng có thể là cấu trúc tuỳ ý.

Do đó, lớp BpfMap được tạo bằng mẫu cho phép bạn xác định một đối tượng BpfMap tuỳ chỉnh phù hợp với bản đồ cụ thể. Sau đó, bạn có thể truy cập vào bản đồ bằng các hàm do người dùng tạo, có nhận biết kiểu, giúp mã trở nên rõ ràng hơn.

Để biết thêm thông tin về BpfMap, hãy tham khảo các nguồn Android.

Gỡ lỗi vấn đề

Trong thời gian khởi động, một số thông báo liên quan đến việc tải BPF sẽ được ghi lại. Nếu quá trình tải không thành công vì bất kỳ lý do nào, thì một thông báo nhật ký chi tiết sẽ được cung cấp trong logcat. Lọc nhật ký logcat theo bpf sẽ in tất cả thông báo và mọi lỗi chi tiết trong thời gian tải, chẳng hạn như lỗi trình xác minh eBPF.

Ví dụ về eBPF trong Android

Các chương trình sau đây trong AOSP cung cấp thêm ví dụ về cách sử dụng eBPF:

Trình nền mạng (netd) trong Android sử dụng netd chương trình C eBPF cho nhiều mục đích, chẳng hạn như lọc ổ cắm và thu thập số liệu thống kê. Để xem cách sử dụng chương trình này, hãy kiểm tra các nguồn trình giám sát lưu lượng truy cập eBPF.
time_in_state Chương trình eBPF C tính toán khoảng thời gian mà một ứng dụng Android dành cho các tần số CPU khác nhau, được dùng để tính toán mức tiêu thụ điện.
Trong Android 12, gpu_mem chương trình C eBPF theo dõi tổng mức sử dụng bộ nhớ GPU cho từng quy trình và cho toàn bộ hệ thống. Chương trình này được dùng để lập hồ sơ bộ nhớ GPU.