一. XDP Socket示例解析

源碼參見：https://github.com/xdp-project/xdp-tutorial/tree/master/advanced03-AF_XDP 該示例演示了如何通過BPF將網絡數據包從XDP Hook點旁路到用戶態的XDP Socket，解析過程中為突出重點，將只關注重點代碼段，一些函數會被精簡，比如：錯誤處理等。

二. BPF 程序 af_xdp_kern.c

BPF程序是運行在內核態的一段代碼，如下：

struct bpf_map_def SEC("maps") xsks_map = {
    .type = BPF_MAP_TYPE_XSKMAP,
    .key_size = sizeof(int),
    .value_size = sizeof(int),
    .max_entries = 64,  /* Assume netdev has no more than 64 queues */
};

SEC("xdp_sock")
int xdp_sock_prog(struct xdp_md *ctx)
{
    int index = ctx->rx_queue_index;

    if (bpf_map_lookup_elem(&xsks_map, &index))
        return bpf_redirect_map(&xsks_map, index, 0);
    
    return XDP_PASS;
}

struct bpf_map_def SEC("maps") xsks_map?： 定義了一個BPF_MAP_TYPE_XSKMAP類型的映射表，當采用SEC("maps")方式來顯示定義時，將在生成的bpf目標文件的ELF格式中看到相關描述，當BPF程序被加載到內核時，會自動創建名為“xsks_map”的描述符， 用戶態可通過查找“xsks_map”來獲取該map的描述符，這樣用戶態和內核BPF程序就可以共同訪問該map。

type = BPF_MAP_TYPE_XSKMAP：指定該map的類型，它與bpf_redirect_map() 結合使用以將收到的幀傳遞到指定套接字。

key_size = sizeof(int)，value_size = sizeof(int)：指定key，value長度。

針對以上key，value需要說明一下：對于BPF_MAP_TYPE_XSKMAP類型的map，value必須是XDP socket描述符，key必須是int類型，原因在于bpf_redirect_map()的第二個參數，參見下面2.10。

max_entries = 64：指定map最多存儲64個元素。

SEC("xdp_sock")：指定prog函數符號，應用層可通過查找"xdp_sock"加載該prog，并綁定到指定網卡。

int xdp_sock_prog(struct xdp_md *ctx)：當網卡收到數據包時，會在xdp hook點調用該函數。

int index = ctx->rx_queue_index： 獲取該數據包來自網卡到哪個rx隊列ID，ctx有許多成員，比如：網卡ID，數據幀等等。

if (bpf_map_lookup_elem(&xsks_map, &index))： 判斷xsks_map是否存在key為index（即rx隊列號）的數據，注意，這里實際上就是判斷該網卡是否綁定了xdp Socket。

bpf_redirect_map(&xsks_map, index, 0)：bpf_redirect_map?函數作用就是重定向，比如：將數據重定向到某個網卡，CPU， Socket等等；當bpf_redirect_map?函數的第一個參數的map類型為BPF_MAP_TYPE_XSKMAP時，則表示將數據重定向到XDP Scoket。

bpf_redirect_map（）會查找參數1即xsks_map 中 key為index 的 value 是否存在，若存在，則檢查value是否是一個XDP Scoket，并且是否綁定到了該網卡（可以綁定到任意有效隊列）。

綜合以上，該bpf程序實現的功能就是：將收到的數據包重定向到xsks_map中指定的XDP Socket。

三. 用戶態程序 af_xdp_user.c

該程序實現bpf加載到網卡，創建XDP Scoket并綁定到網卡的指定隊列，并通過XDP Scoket收發數據，這里僅分析xXDP Scoket相關部分。

int main(int argc, char **argv)
{
    ...
    bpf_obj = load_bpf_and_xdp_attach(&cfg);
    map = bpf_object__find_map_by_name(bpf_obj, "xsks_map");
    ...
    xsks_map_fd = bpf_map__fd(map);
    ...
    umem = configure_xsk_umem(packet_buffer, packet_buffer_size);
    ...
    xsk_socket = xsk_configure_socket(&cfg, umem);
    ...
    rx_and_process(&cfg, xsk_socket);
    ...
}

static struct xsk_socket_info *xsk_configure_socket(struct config *cfg,
                            struct xsk_umem_info *umem)
{
    ...
    ret = xsk_socket__create(&xsk_info->xsk, cfg->ifname,
                 cfg->xsk_if_queue, umem->umem, &xsk_info->rx,
                 &xsk_info->tx, &xsk_cfg);
    ...

bpf_obj = load_bpf_and_xdp_attach(&cfg): 加載bpf程序，并綁定到網卡。

map = bpf_object__find_map_by_name(bpf_obj, "xsks_map")： 查找bpf程序內定義的xsks_map。

umem = configure_xsk_umem(packet_buffer, packet_buffer_size)： 為XDP Scoket準備UMEM。

xsk_configure_socket()通過調用bpf helper函數xsk_socket__create（）創建XDP Scoket并綁定到cfg->ifname網卡的cfg->xsk_if_queue隊列，默認情況下將該【cfg->xsk_if_queue， xsk_info->xsk fd】添加到xsks_map, 這樣bpf程序就可以重定向到該XDP Scoket（參見2.9, 2.10), 除非指定XSK_LIBBPF_FLAGS__INHIBIT_PROG_LOAD標志。

static void rx_and_process(struct config *cfg,
               struct xsk_socket_info *xsk_socket)
{
    struct pollfd fds[2];
    int ret, nfds = 1;

    memset(fds, 0, sizeof(fds));
    fds[0].fd = xsk_socket__fd(xsk_socket->xsk);
    fds[0].events = POLLIN;
    
    while(!global_exit) {
        if (cfg->xsk_poll_mode) {
            ret = poll(fds, nfds, -1);
            if (ret <= 0 || ret > 1)
                continue;
        }
        handle_receive_packets(xsk_socket);
    }
}

XDP Scoket也是一個文件描述符，因此可以通過poll/epoll/select來等待IO事件，需要說明的是：收/發的數據包是原始的以太網幀，因此在包處理上要麻煩一些。

四. 總結

以上簡略分析了bpf程序如何將數據重定向到用戶態程序，通過xsks_map來實現bpf與用戶態程序的交互；

需要說明的是，這些分析僅是梳理了淺層次的代碼，實際上BPF是如何將數據讀寫到XDP Scoket收發緩沖區的呢？其實是通過創建共享內存并關聯XDP Scoket的rx_ring，tx_ring，以及umem來實現的，后續繼續分析。

bpf程序通常都非常簡單，復雜的是用戶態程序，此外，BPF有非常多的技術細節，限于篇幅及主題不在此展開。