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透视Linux内核神奇的BPF三

大数据2024-04-07 20:49:05

一前言

前面介绍了利用BCC 写eBPF的代码，虽然可以利用python加载，说实话，写起来并不容易，程序本身难度不大，难度在什么地方那，我们利用eBPF的时候更多的时候是在想看看内核到底在干嘛，为什么这么慢的问题，我们就需要对需要监控的程序进行追踪了解到系统调用的位置，然后通过静态的内核插桩和动态内核插桩，跟踪点等去检测是否存在性能问题。但是如果不是对内核很了解，很难知道我们应该动态追踪哪些内核函数，这些函数又有怎么样的参数，还有如果我只想简单的做个测试，有没有简单点的方法，比如一句话命令等，这就是本文要解决的问题。

二查询可跟踪的跟踪点和相关参数

对于内核静态插桩和跟踪点的查询非常重要，我们只有知道了跟踪点，结合我们需要实现的功能，才可以写BPF程序，有两种方法可以查看：

2.1 通过内核符号表查询

为了方便调试内核，内核开发者把内核中所有函数和非栈变量抽出来，当然不是所有的函数都可以追踪，只有被显示导出的函数才可以被内核kprobe追踪：

# 查看所有内核符号
cat /proc/kallsyms 
# 如果不存在则这样挂载后查看
sudo mount -t debugfs debugfs /sys/kernel/debug
# 可追踪的函数
cat /sys/kernel/debug/tracing/available_filter_functions |wc -l
50627

函数的参数的查看：

[root@localhost ~]# cat /sys/kernel/debug/tracing/events/syscalls/sys_enter_execve/format
name: sys_enter_execve
ID: 718
format:
    field:unsigned short common_type;   offset:0;   size:2; signed:0;
    field:unsigned char common_flags;   offset:2;   size:1; signed:0;
    field:unsigned char common_preempt_count;   offset:3;   size:1; signed:0;
    field:int common_pid;   offset:4;   size:4; signed:1;

    field:int __syscall_nr; offset:8;   size:4; signed:1;
    field:const char * filename;    offset:16;  size:8; signed:0;
    field:const char *const * argv; offset:24;  size:8; signed:0;
    field:const char *const * envp; offset:32;  size:8; signed:0;
print fmt: "filename: 0x%08lx, argv: 0x%08lx, envp: 0x%08lx", ((unsigned long)(REC->filename)), ((unsigned long)(REC->argv)), ((unsigned long)(REC->envp))

2.2 利用bpftrace查看

bpftrace 是基于BCC和BPF的开源跟踪器，它比基于BCC开发的BPF程序程序更简单，有自己的一组语法规则，类似于awk，使用起来很方便，只是功能上没有BCC强大。

原理如下图：

bpftrace 原理图

它利用clang ,bcc等工具，将简单的bpftrace程序加载到内核中执行，并通过映射来获取结果。
安装比较简单（内核版本要求在4.9以上）：

#ubuntu
sudo apt-get update
sudo apt-get bpftrace

#centos
yum install dnf
dnf install -y bpftrace

那具体利用bpftrace如何查询那，通过-l和-lv命令可以轻松查询插桩信息跟踪点信息：

# 查看所有插桩和追踪点等信息
[root@localhost ~]# bpftrace -l|wc -l
51009
# 查看参数和返回值，通过-v参数，注意可以使用通配符* 做匹配
# sys_enter_vfork 是
[root@localhost ~]# bpftrace -lv "tracepoint:syscalls:*vfork"
tracepoint:syscalls:sys_enter_vfork
    int __syscall_nr
tracepoint:syscalls:sys_exit_vfork
    int __syscall_nr
    long ret

sys_enter_vfork 即系统调用fork的时候入参为系统调用号，返回sys_exit_vfork 时候可用的两个参数为系统调用号和返回值。

三利用bpftrace 开发点实用东西

3.1 系统新创建的进程，进程创建使用了哪些参数

这个使用场景很多，比如我们在清理木马的时候，发现明明删除了文件，却进程还是再被不断的拉起，我需要知道这个木马进程是哪个父进程启动的。一般情况下，是通过fork一个进程，然后调用execv等一系列函数来创建的，那么我们
先从fork开始分析：

[root@localhost ~]# bpftrace -lv "tracepoint:syscalls:*fork"
tracepoint:syscalls:sys_enter_fork
    int __syscall_nr
tracepoint:syscalls:sys_enter_vfork
    int __syscall_nr
tracepoint:syscalls:sys_exit_fork
    int __syscall_nr
    long ret
tracepoint:syscalls:sys_exit_vfork
    int __syscall_nr
    long ret

fork()子进程拷贝父进程的数据段和代码段，这里通过拷贝页表实现。
vfork()子进程与父进程共享地址空间，无需拷贝页表，效率更高。
fork()父子进程的执行次序不确定。
vfork()保证子进程先运行，在调用 exec 或 exit 之前与父进程数据是共享的。父进程在子进程调用 exec 或 exit 之后才可能被调度运行，如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁

分析好追踪点和参数就可以开始写了：

bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_fork { printf("->fork by %s PID :%d,\n",comm,pid);}'

本来我想追踪fork的，为此我还写了c代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

void fork_one() {
    if (fork() == 0) {
       printf("hello from child,pid:%d ppid:%d\n", getpid(),getppid());
    }
    else {
           printf("My is parent  pid:%d ppid:%d.\n",getpid(),getppid());
    }
}

int main(void)
{
    fork_one();
    return 0;
}

运行发现，并没有追踪到，于是我通过strace 去看下编译后的执行文件的系统调用，发现其实调用的是clone，fork是进程资源全部复制，vfork是共享内存，clone是有选择的复制，改下代码：

#在一个终端执行：
[root@localhost testc]# ./a.out 
My is parent  pid:6551 ppid:5823.
hello from child,pid:6552 ppid:6551

#另一个shell先执行bpftrace
[root@localhost ~]# bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_clone { printf("--------\n[%s-%d]->clone\n",comm,pid);} tracepoint:syscalls:sys_exit_clone { printf("[%s-%d]->clone: ret:%d\n\n", comm,pid,args->ret);}'
Attaching 2 probes...

--------
[bash-5823]->clone
[bash-5823]->clone: ret:6551

[bash-6551]->clone: ret:0

--------
[a.out-6551]->clone
[a.out-6551]->clone: ret:6552

[a.out-6552]->clone: ret:0

我们执行./a.out的时候，先通过shell 创建a.out程序，进程id对的上，每次fork都返回两次，一次是返回子进程的id（对于父进程来说），一个是返回0（对子进程来说）。

我们在进一步完善下：

[root@localhost ~]#  bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_clone {printf("\n"); printf("time:"); time(); printf("--------\nusername:%s userid:%d\n[%s-%d]->clone\n",username,uid, comm,pid);} tracepoint:syscalls:sys_exit_clone { printf("[%s-%d]->clone: ret:%d \n", comm,pid,args->ret);}'
Attaching 2 probes...

time:23:22:24
--------
username:root userid:0
[bash-5823]->clone
[bash-5823]->clone: ret:6599 
[bash-6599]->clone: ret:0 

time:23:22:24
--------
username:root userid:0
[a.out-6599]->clone
[a.out-6599]->clone: ret:6600 
[a.out-6600]->clone: ret:0

有点意思了，那我们能不能根据进程名判断是否是木马进程，木马进程名一般比较奇怪，作为一个特征可以去处理，当然也可以判断下父进程的特定，判断如果进程是木马进程，则把进程kill掉，这样就算中了木马，也没多大危害了，因为它根本无法启动了，：）。

那首先我们改造下测试程序，子进程处于等待状态直到后台kill掉。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

void fork_one(char *argv[]) {
        pid_t pid;
        if ( (pid= fork()) <0) {
             printf("fork error\n");
        }
        else if ( pid  == 0) {
                   printf("hello from child,pid:%d ppid:%d\n", getpid(),getppid());
                   // strcpy(argv[0],"a12345");
                   while(1) {
                     sleep(10);
                   }
        }
        else {
                  printf("My is parent  pid:%d ppid:%d.\n",getpid(),getppid());
                  printf("start to wait pid:%d",pid);
                  if (waitpid(pid,NULL,0)!= pid) {
                      printf("waitid pid:%d error.\n",pid);
                  }
        }
}

int main(int argc, char * argv[])
{
        fork_one(argv);
        return 0;
}

我们的bpftrace代码有点长了，那还是建个文件比较好，内容设置如下：

#!/usr/bin/bpftrace 
BEGIN 
{
  printf("watch create process....\n");
}

tracepoint:syscalls:sys_enter_clone 
{
    printf("\n"); 
    printf("time:"); time(); 
    printf("--------\nusername:%s userid:%d\n[%s-%d]->clone\n",username,uid, comm,pid);
} 


tracepoint:syscalls:sys_exit_clone 
{ 
    printf("[%s-%d]->clone: ret:%d \n", comm,pid,args->ret);
    if (comm == str() ) {
          system("kill -9 %d",pid );
          printf("kill pid:%d",pid);
    }
}

测试下：

[root@localhost bpfstest]# ./kill.bt a.out
Attaching 3 probes...
watch create process....

time:00:13:59
--------
username:root userid:0
[bash-5823]->clone
[bash-5823]->clone: ret:8649 
[bash-8649]->clone: ret:0 

time:00:13:59
--------
username:root userid:0
[a.out-8649]->clone
[a.out-8649]->clone: ret:8650 
kill pid:8649[a.out-8650]->clone: ret:0 
kill pid:8650
time:00:13:59
--------
username:root userid:0
[kill.bt-8647]->clone
[kill.bt-8647]->clone: ret:8651 
[kill.bt-8651]->clone: ret:0 

time:00:13:59
--------
username:root userid:0
[kill.bt-8647]->clone
[kill.bt-8647]->clone: ret:8652 
[kill.bt-8652]->clone: ret:0

执行：

[root@localhost testc]# ./a.out
My is parent  pid:8649 ppid:5823.
hello from child,pid:8650 ppid:8649
已杀死

很棒，这个“木马” 被杀了，其他应用回头再聊。

查看全文

https://www.xamrdz.com/bigdata/7uh1897115.html

一 前言

二 查询可跟踪的跟踪点和相关参数

2.1 通过内核符号表查询

2.2 利用bpftrace查看

三 利用bpftrace 开发点实用东西

3.1 系统新创建的进程，进程创建使用了哪些参数

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