29 | 技术解析:如何使用Rust开发eBPF程序?
倪朋飞

你好,我是倪朋飞。
在上一讲中,我带你一起回顾了 eBPF 在 2024 年的发展历程。在过去的 2024 年,Linux 内核持续增强 eBPF,迭代增加了异常处理、可编程网络设备 Netkit、Arena 共享内存、KPROBE 会话以及可扩展调度器等一系列的重大更新,进一步提升了 eBPF 的安全性、灵活性以及运行时性能。
伴随着这些新特性,以内存安全、并发安全和高性能著称的 Rust 也在积极推进到 Linux 内核中,并通过 Rust for Linux 项目尝试从编程语言层面解决之前 C 代码带来的内存安全问题。虽然在 DMA API 访问和混合语言代码库维护等方面遭受到一些内核维护者的阻碍,但整体上 Rust for Linux 项目还在稳步推进中,并且已经借助 Rust 实现了 NVMe、Nova GPU、Apple AGX GPU 以及空块设备(/dev/nullb*)等多个驱动。
不只是内核驱动,对于 eBPF 程序的开发来说,内存安全和高性能同样重要,因而 Rust 也是开发 eBPF 程序的理想选择。相比于 C 语言,Rust 提供了更强的类型系统和所有权模型,可以在编译时捕获错误的同时而不牺牲性能。今天,我就带你一起来看看如何使用 Rust 语言来开发一个 eBPF 程序。
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1. Rust 是一种系统级的通用编程语言,具有内存安全、类型安全和并发性保证,因此成为开发 eBPF 程序的理想选择。 2. Rust 的所有权模型在编译时可以跟踪引用对象的生命周期,防止内存安全错误和数据竞争,从而保证了内存安全和线程安全。 3. Linux 内核采纳了 Rust,并提供了针对 libbpf 的 Rust 绑定,以及支持内核态和用户态的 eBPF 开发的 Aya 框架。 4. Rust 的学习门槛较高,但拥有出色的文档、友好的编译器以及实用的错误信息,配合 Cargo 管理和编译 eBPF 程序。 5. Aya 框架提供了丰富的模版,帮助初始化清晰的项目结构,简化了 eBPF 程序的开发。 6. 使用 Aya + Rust 开发 eBPF 内核程序时,核心逻辑跟使用 libbpf + C 是一样的,但需要注意不能使用 Rust 标准库和 main 函数,以及遵循 Rust 语法的错误处理和内存管理。 7. eBPF 程序不允许 Panic,但为了通过 Rust 编译,需要定义 Panic 处理函数。
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