1、什么是字节码

相信大家在看有关BPF的文章时，都有听过“字节码”一说，在讲字节码之前，我们先来了解一下，什么是机器码？机器码（machine code），也叫原生码（native code），就是CPU能够直接读取并运行的代码，执行速度最快的代码，用二进制编码表示，也叫做机器指令码。它和CPU体系架构强相关。

那么什么是字节码？字节码（byte code）是一种中间状态的二进制代码，是由源码编译过来的，可读性没有源码高，而且CPU也不能够直接读取字节码。字节码是一种中间码，它比机器码更抽象，需要直译器转译后才能成为机器码的中间代码。

说到字节码，就不得不提到JVM虚拟机，java源程序经过编译器编译后变成字节码，字节码由虚拟机解释执行，虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器，解释器将其翻译成特定机器上的机器码，然后在特定机器上运行。它的运行顺序是：

java源代码 -> 编译器 -> JVM可执行的字节码 -> JVM中的解释器 -> 机器可执行的二进制机器码 -> 程序运行

java采用字节码的好处是，在一定程度上解决了传统解释型语言执行效率低的问题，同时又保留了解释型语言可移植的特点。所以java程序运行时比较高效，而且由于字节码并不专对于一种特定的机器，因此java程序无需重新编译便可以在多种不同的计算机上运行。

说完java里面的字节码以及它的运行逻辑，也了解到它的可移植性和执行效率问题，我们很自然的想到，BPF字节码，也具有异曲同工之妙。如下图所示，我们一般将BPF程序编译后生成BPF字节码，然后将BPF字节码注入到内核中，当有事件触发时，就会执行相应的BPF程序。这里生成字节码的方式，我们需要用到一个编译器，比如当前主要是用C语言去编写BPF程序，通过LLVM/Clang编译生成BPF字节码，这是一种中间代码，将这段字节码加载到内核之后，Linux的验证程序确保它可以安全地运行，防止出现可能会使内核崩溃而危及系统的代码。Linux内核还为BPF指令集成了即时（JIT）编译器，JIT将直接将BPF字节码转换为机器码，从而避免了执行时间的开销。

我们看到，BPF字节码起到了非常关键的作用，虽然将用户BPF程序转成字节码是通过Clang编译器完成的，如你所愿，我们不用关心这个字节码或者说指令集长得怎么样？编译器替我们干了这个脏活累活。但是，为了能提高编写代码和执行代码的效率问题，为了让Linux内核校验出错时，能快速定位出报错根因，我们有必要了解一下BPF的字节码。

这里有很多概念，我们再来总结一下：

伪机器码：假的机器码，机器码都是能够在物理机上直接执行的，伪机器码不能够直接执行，需要在虚拟机上执行。BPF字节码就是伪机器码。

BPF指令集：BPF字节码，是一条条的BPF指令，BPF指令集就是伪机器码，是不能够在物理机上直接执行的，需要一个虚拟机才能够执行。我们都知道不同的处理器体系结构有自己的不同指令集，我们所说的BPF指令集可以理解为在BPF虚拟机上执行的指令集。

JIT：just in time 的缩写，我们将编译好的BPF指令集需要在虚拟机上执行，虚拟机需要一条一条的解析为本机机器码才能够执行，所以这个执行效率会很低，但是如果我们的处理器有了JIT就能够将我们BPF直接直接编译为能够在机器直接执行的机器码，这样大大提高了执行的速度。

在没有严格区分的情况下，我们说BPF字节码和BPF指令，是指同一个概念。

2、BPF指令集

BPF指令集是一个通用的 RISC 指令集，指令集由指令操作码和寄存器组成。我们知道在1992年诞生了BPF技术，当时的寄存器和指令数目非常有限，到后来eBPF技术发展起来，寄存器和指令数目多了很多。为了区别，原来的BPF又称之为classic BPF(cBPF)。

我们先从功能上，对比一下cBPF和eBPF：

一、cBPF支持的功能比较单一，常用在网络的数据包过滤，比如大名鼎鼎的tcpdump。而eBPF除了能够支持网络的数据包的过滤外，也支持其他的事件类型，如XDP、Perf Event、kprobe、tracepoint等等。

二、eBPF引入Map机制。在cBPF我们通过接收队列将过滤后数据获取出来，但是在eBPF我们可以将数据放到Map空间中。Map空间是用户空间和内核空间共享的，所以一般是在内核中将数据存入到Map空间中，然后在用户空间取出数据。或者用户空间写入一些控制逻辑，内核空间根据它进行分支选择。

三、eBPF指令集变得更复杂了，以便支持更多功能。与此同时，有了专门的用于编译BPF字节码的编译器clang/llvm，这样我们就可以基于c语言等进行BPF程序的开发，而不是直接写BPF汇编。

四、还有在安全机制方面等等一些改变。

2.1 tcpdump和cBPF指令码

在讲BPF指令集前，我们先看一下，大家非常熟悉的tcpdump，这是一个通过输入表达式（其实是一些过滤规则）进行网络抓包的工具，然后通过libpcap把这个表达式转换成cBPF的字节码的。

这个字节码或者指令可以通过-d(-dd可以看到具体的指令格式)命令去查看，比如：

#tcpdump -d -i eth0 tcp and port 80
(000) ldh      [12]
(001) jeq      #0x86dd          jt 2	jf 8
(002) ldb      [20]
(003) jeq      #0x6             jt 4	jf 19
(004) ldh      [54]
(005) jeq      #0x50            jt 18	jf 6
(006) ldh      [56]
(007) jeq      #0x50            jt 18	jf 19
(008) jeq      #0x800           jt 9	jf 19
(009) ldb      [23]
(010) jeq      #0x6             jt 11	jf 19
(011) ldh      [20]
(012) jset     #0x1fff          jt 19	jf 13
(013) ldxb     4*([14]&0xf)
(014) ldh      [x + 14]
(015) jeq      #0x50            jt 18	jf 16
(016) ldh      [x + 16]
(017) jeq      #0x50            jt 18	jf 19
(018) ret      #262144
(019) ret      #0

#tcpdump -dd -i eth0 tcp and port 80
{ 0x28, 0, 0, 0x0000000c },
{ 0x15, 0, 6, 0x000086dd },
{ 0x30, 0, 0, 0x00000014 },
{ 0x15, 0, 15, 0x00000006 },
{ 0x28, 0, 0, 0x00000036 },
{ 0x15, 12, 0, 0x00000050 },
{ 0x28, 0, 0, 0x00000038 },
{ 0x15, 10, 11, 0x00000050 },
{ 0x15, 0, 10, 0x00000800 },
{ 0x30, 0, 0, 0x00000017 },
{ 0x15, 0, 8, 0x00000006 },
{ 0x28, 0, 0, 0x00000014 },
{ 0x45, 6, 0, 0x00001fff },
{ 0xb1, 0, 0, 0x0000000e },
{ 0x48, 0, 0, 0x0000000e },
{ 0x15, 2, 0, 0x00000050 },
{ 0x48, 0, 0, 0x00000010 },
{ 0x15, 0, 1, 0x00000050 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00040000 },
{ 0x6, 0, 0, 0x00000000 },

cBPF架构的基本元素如下，以下内容来源于linux 内核目录下的：

Documentation/networking/filter.rst

cBPF汇编的一条指令为64字节, 在头文件<usr/include/linux/filter.h>中有定义。如下所示。

16bit的code表示具体的操作类型，有加载/存储，跳转，运算等类型；

8 bit的jt 和 jf 是用于提供代码的跳转偏移量，jt为真跳转，jf为假跳转；

32bit的k为通用值，根据指令类型有不同含义。

struct sock_filter {	/* Filter block */
	__u16	code;   /* Actual filter code */
	__u8	jt;	/* Jump true */
	__u8	jf;	/* Jump false */
	__u32	k;      /* Generic multiuse field */
};

对于网络报文的过滤，有一个例子是直接将struct sock_filter数组的指针通过setsockopt(2) 传递给内核：

    /* From the example above: tcpdump -i em1 port 22 -dd */
    struct sock_filter code[] = {
        { 0x28,  0,  0, 0x0000000c },
        { 0x15,  0,  8, 0x000086dd },
        { 0x30,  0,  0, 0x00000014 },
        { 0x15,  2,  0, 0x00000084 },
        { 0x15,  1,  0, 0x00000006 },
        { 0x15,  0, 17, 0x00000011 },
        { 0x28,  0,  0, 0x00000036 },
        { 0x15, 14,  0, 0x00000016 },
        { 0x28,  0,  0, 0x00000038 },
        { 0x15, 12, 13, 0x00000016 },
        { 0x15,  0, 12, 0x00000800 },
        { 0x30,  0,  0, 0x00000017 },
        { 0x15,  2,  0, 0x00000084 },
        { 0x15,  1,  0, 0x00000006 },
        { 0x15,  0,  8, 0x00000011 },
        { 0x28,  0,  0, 0x00000014 },
        { 0x45,  6,  0, 0x00001fff },
        { 0xb1,  0,  0, 0x0000000e },
        { 0x48,  0,  0, 0x0000000e },
        { 0x15,  2,  0, 0x00000016 },
        { 0x48,  0,  0, 0x00000010 },
        { 0x15,  0,  1, 0x00000016 },
        { 0x06,  0,  0, 0x0000ffff },
        { 0x06,  0,  0, 0x00000000 },
    };

    struct sock_fprog bpf = {
        .len = ARRAY_SIZE(code),
        .filter = code,
    };

    sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
    if (sock < 0)
        /* ... bail out ... */

    ret = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, &bpf, sizeof(bpf));
    if (ret < 0)
        /* ... bail out ... */

    /* ... */
    close(sock);

由于性能有限, 因此后面cBPF由发展成为eBPF, 有新的指令和架构。原始的BPF指令会被自动翻译为新的eBPF指令，目前在Linux内核里，bpf_convert_filter()函数在做这个转换。

2.2 eBPF指令集

接下来我们重点来介绍eBPF的指令集。参考自：

Documentation/bpf/instruction-set.rst

Documentation/bpf/classic_vs_extended.rst

eBPF的寄存器

eBPF 由 11 个 64 位寄存器、一个程序计数器PC和一个 512 字节的大 BPF 堆栈空间组成。寄存器被命名为r0- r10。操作模式默认为 64 位。64位的寄存器也可作32 位子寄存器使用，它们只能通过特殊的 ALU（算术逻辑单元）操作访问，使用低32位，高32位使用零填充。

寄存器的使用约定如下：

在加载和存储指令中，寄存器 R6 是一个隐式输入，必须包含指向 sk_buff（ctx）的指针。寄存器 R0 是一个隐式输出，它包含从数据包中获取的数据。

eBPF的指令格式

struct bpf_insn 结构体用来表示eBPF具体的指令格式：

struct bpf_insn {
 __u8 code;  /* opcode */
 __u8 dst_reg:4; /* dest register */
 __u8 src_reg:4; /* source register */
 __s16 off;  /* signed offset */
 __s32 imm;  /* signed immediate constant */
};

其中的code字段，如下：

  +----------------+--------+--------------------+
  |   4 bits       |  1 bit |   3 bits           |
  | operation code | source | instruction lass  |
  +----------------+--------+--------------------+
  (MSB)                                      (LSB)

opcode字段的低3位，决定指令类型。指令类型包含：加载与存储指令、运算指令、跳转指令。

eBPF把BPF_RET和BPF_MISC指令去掉了，换成了BPF_JMP32和BPF_ALU64，提供更大范围的跳转和64位场景下的运算操作。

BPF_LD 和 BPF_LDX: 两个类都用于加载操作。BPF_LD用于加载双字。后者是从 cBPF 继承而来的，主要是为了保持 cBPF 到 eBPF 的转换效率，因为它们优化了JIT 代码。

BPF_ST 和 BPF_STX: 两个类都用于存储操作，用于将数据从寄存器到存储器中。

BPF_ALU 和 BPF_ALU64: 分别是32位和64位下的ALU操作。

BPF_JMP 和 BPF_JMP32：跳转指令。JMP32的跳转范围是32位大小(一个字)

运算和跳转指令

当 BPF_CLASS(code) == BPF_ALU 或 BPF_JMP 时，code字段可分为三部分，如下所示：

+----------------+--------+--------------------+
|   4 bits       |  1 bit |   3 bits           |
| operation code | source | instruction class  |
+----------------+--------+--------------------+
(MSB)                                      (LSB)

其中的第四位source，可以为0或者1，在linux中，使用如下宏定义：

BPF_K     0x00
BPF_X     0x08

在cBPF中，表示：

BPF_SRC(code) == BPF_X - use register X as source operand
BPF_SRC(code) == BPF_K - use 32-bit immediate as source operand

在 eBPF 中，这意味着：

BPF_SRC(code) == BPF_X - use 'src_reg' register as source operand
BPF_SRC(code) == BPF_K - use 32-bit immediate as source operand

也就是说，操作数的选择上，BPF_K代表使用立即数，BPF_X代表使用源寄存器的内容。

如果 BPF_CLASS(code) 等于 BPF_ALU 或 BPF_ALU64，则 BPF_OP(code) 是以下之一：

  BPF_ADD   0x00
  BPF_SUB   0x10
  BPF_MUL   0x20
  BPF_DIV   0x30
  BPF_OR    0x40
  BPF_AND   0x50
  BPF_LSH   0x60
  BPF_RSH   0x70
  BPF_NEG   0x80
  BPF_MOD   0x90
  BPF_XOR   0xa0
  BPF_MOV   0xb0  /* eBPF only: mov reg to reg */
  BPF_ARSH  0xc0  /* eBPF only: sign extending shift right */
  BPF_END   0xd0  /* eBPF only: endianness conversion */

如果 BPF_CLASS(code) 等于 BPF_JMP 或 BPF_JMP32，则 BPF_OP(code) 是以下之一：

  BPF_JA    0x00  /* BPF_JMP only */
  BPF_JEQ   0x10
  BPF_JGT   0x20
  BPF_JGE   0x30
  BPF_JSET  0x40
  BPF_JNE   0x50  /* eBPF only: jump != */
  BPF_JSGT  0x60  /* eBPF only: signed '>' */
  BPF_JSGE  0x70  /* eBPF only: signed '>=' */
  BPF_CALL  0x80  /* eBPF BPF_JMP only: function call */
  BPF_EXIT  0x90  /* eBPF BPF_JMP only: function return */
  BPF_JLT   0xa0  /* eBPF only: unsigned '<' */
  BPF_JLE   0xb0  /* eBPF only: unsigned '<=' */
  BPF_JSLT  0xc0  /* eBPF only: signed '<' */
  BPF_JSLE  0xd0  /* eBPF only: signed '<=' */

加载和存储指令

当 BPF_CLASS(code) 等于 BPF_LD 或 BPF_ST 时，op字段可分为三部分，如下所示：

 +--------+--------+-------------------+
  | 3 bits | 2 bits |   3 bits          |
  |  mode  |  size  | instruction class |
  +--------+--------+-------------------+
  (MSB)                             (LSB)

其中的size定义如下：

BPF_W   0x00    /* word=4 byte */
BPF_H   0x08    /* half word */
BPF_B   0x10    /* byte */
BPF_DW  0x18    /* eBPF only, double word */

 B  - 1 byte
 H  - 2 byte
 W  - 4 byte
 DW - 8 byte (eBPF only)

mode定义如下：

BPF_IMM     0x00  /* used for 32-bit mov in classic BPF and 64-bit in eBPF */
BPF_ABS     0x20
BPF_IND     0x40
BPF_MEM     0x60
BPF_LEN     0x80  /* classic BPF only, reserved in eBPF */
BPF_MSH     0xa0  /* classic BPF only, reserved in eBPF */
BPF_ATOMIC  0xc0  /* eBPF only, atomic operations */

3、eBPF汇编

前面我们介绍了eBPF和cBPF的基础指令码，接下来一起看看eBPF的指令构成是什么样子的，这有助于我们去分析verifier出错时的一些根因定位。以x86_64为例，先介绍一下eBPF使用到的几个寄存器和x86_64的映射关系：

    R0 - rax
    R1 - rdi
    R2 - rsi
    R3 - rdx
    R4 - rcx
    R5 - r8
    R6 - rbx
    R7 - r13
    R8 - r14
    R9 - r15
    R10 - rbp

rdi、rsi、rdx、rcx是传递的参数和顺序。

下面是一段eBPF的伪代码：

  Then the following eBPF pseudo-program::

    bpf_mov R6, R1 /* save ctx */
    bpf_mov R2, 2
    bpf_mov R3, 3
    bpf_mov R4, 4
    bpf_mov R5, 5
    bpf_call foo
    bpf_mov R7, R0 /* save foo() return value */
    bpf_mov R1, R6 /* restore ctx for next call */
    bpf_mov R2, 6
    bpf_mov R3, 7
    bpf_mov R4, 8
    bpf_mov R5, 9
    bpf_call bar
    bpf_add R0, R7
    bpf_exit

上面伪代码包括寄存器赋值，运算和跳转，以及返回。

如果机器上开启了相关架构的jit功能，会转成对应架构的汇编指令：

    push %rbp
    mov %rsp,%rbp
    sub $0x228,%rsp
    mov %rbx,-0x228(%rbp)
    mov %r13,-0x220(%rbp)
    mov %rdi,%rbx
    mov $0x2,%esi
    mov $0x3,%edx
    mov $0x4,%ecx
    mov $0x5,%r8d
    callq foo
    mov %rax,%r13
    mov %rbx,%rdi
    mov $0x6,%esi
    mov $0x7,%edx
    mov $0x8,%ecx
    mov $0x9,%r8d
    callq bar
    add %r13,%rax
    mov -0x228(%rbp),%rbx
    mov -0x220(%rbp),%r13
    leaveq
    retq

大概对应到的c程序：

    u64 bpf_filter(u64 ctx)
    {
    return foo(ctx, 2, 3, 4, 5) + bar(ctx, 6, 7, 8, 9);
    }

具体汇编分析

为了加深对前面所介绍的基础指令的认识，我们分析一下这段代码：

sample/bpf/sock_example.c

本节来自于网络。

抽取关键的这个信息：

 struct bpf_insn prog[] = {
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_6, BPF_REG_1), /* R6 = R1*/ /* R6指向数据包地址 */
  BPF_LD_ABS(BPF_B, ETH_HLEN + offsetof(struct iphdr, protocol) /* R0 = ip->proto */), /*R6作为隐式输入，R0作为隐式输出。结果R0报错IP协议值*/
  BPF_STX_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, BPF_REG_0, -4), /* *(u32 *)(fp - 4) = r0 */ /* 将协议值保存在栈中*/
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /*R10只读寄存器，指向栈帧。复制一份到R2中*/
  BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ /* 内核bpf_map_lookup_elem函数的第二个参数key的内存地址放在R2中 */
  BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd), /* 内核bpf_map_lookup_elem函数的第一个参数map_fd放在R1中 */
  BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), /* 函数的返回值为value所在内存的地址，放在R0寄存器中*/
  BPF_JMP_IMM(BPF_JEQ, BPF_REG_0, 0, 2), /* 如果返回的内存地址为0，则向下跳两个指令 */
  BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_1, 1), /* r1 = 1 */
  BPF_RAW_INSN(BPF_STX | BPF_XADD | BPF_DW, BPF_REG_0, BPF_REG_1, 0, 0), /* xadd r0 += r1 */ /* value的值加一；结果R0存储1，R1存储value地址 */
  BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* r0 = 0 */
  BPF_EXIT_INSN(), /* R0作为返回值，返回零 */
 };

下面我们对上面代码逐行指令进行梳理：

第一条指令

/* Short form of mov, dst_reg = src_reg */

#define BPF_MOV64_REG(DST, SRC)           \
  ((struct bpf_insn) {                    \
    .code  = BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X, \
    .dst_reg = DST,                       \
    .src_reg = SRC,                       \
    .off     = 0,                         \
    .imm     = 0 })

BPF_MOV64_REG这条指令是将源寄存器R1的值移动到R6寄存器中。其中，R1指向数据包的起始地址，一般是skb指针。

第二条指令

/* Direct packet access, R0 = *(uint *) (skb->data + imm32) */

#define BPF_LD_ABS(SIZE, IMM)                     \
  ((struct bpf_insn) {                            \
    .code    = BPF_LD | BPF_SIZE(SIZE) | BPF_ABS, \
    .dst_reg = 0,                                 \
    .src_reg = 0,                                 \
    .off     = 0,                                 \
    .imm     = IMM })

在加载和存储指令中，寄存器 R6 是一个隐式输入，寄存器 R0 是一个隐式输出。

根据偏移量，读取IP协议类型，例如，TCP 的协议号为 6，UDP 的协议号为 17，ICMP 的协议号为 1。其中，协议字段占8位。

所以，BPF_LD_ABS这条指令表示，将 IP 协议值放入 R0 寄存器。

第三条指令

/* Memory store, *(uint *) (dst_reg + off16) = src_reg */

#define BPF_STX_MEM(SIZE, DST, SRC, OFF)         \
  ((struct bpf_insn) {                           \
    .code  = BPF_STX | BPF_SIZE(SIZE) | BPF_MEM, \
    .dst_reg = DST,                              \
    .src_reg = SRC,                              \
    .off     = OFF,                              \
    .imm     = 0 })

R10是唯一的只读寄存器，包含用于访问 BPF 堆栈空间的帧指针地址。(关于栈帧结构可以参考：gdb调试之栈帧信息)

这条指令意思是将R0寄存器中的内容(上一步保存了协议类型)，保存到栈中。需要注意的是，这里是 BPF_W，只保存了 R0寄存器中的第32位。

第四条指令

BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10)

因为栈向下生长了。所以这里使用了 R2寄存器指向栈顶。

BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4)

/* ALU ops on immediates, bpf_add|sub|...: dst_reg += imm32 */

#define BPF_ALU64_IMM(OP, DST, IMM)				\
	((struct bpf_insn) {					\
		.code  = BPF_ALU64 | BPF_OP(OP) | BPF_K,	\
		.dst_reg = DST,					\
		.src_reg = 0,					\
		.off   = 0,					\
		.imm   = IMM })

上面的指令展开，便是一个64位的二进制数，r2-4的结果放在r2里。展开可以在 samples/bpf/bpf_insn.h 和 include/uapi/linux/bpf.h 中查看。

第五条指令

/* BPF_LD_IMM64 macro encodes single 'load 64-bit immediate' insn */

#define BPF_LD_IMM64(DST, IMM)           \
  BPF_LD_IMM64_RAW(DST, 0, IMM)

#define BPF_LD_IMM64_RAW(DST, SRC, IMM)  \
  ((struct bpf_insn) {                   \
    .code    = BPF_LD | BPF_DW | BPF_IMM,\
    .dst_reg = DST,                      \
    .src_reg = SRC,                      \
    .off     = 0,                        \
    .imm     = (__u32) (IMM) }),         \
  ((struct bpf_insn) {                   \
    .code    = 0,                        \
    .dst_reg = 0,                        \
    .src_reg = 0,                        \
    .off     = 0,                        \
    .imm     = ((__u64) (IMM)) >> 32 })

#ifndef BPF_PSEUDO_MAP_FD
# define BPF_PSEUDO_MAP_FD 1
#endif

/* pseudo BPF_LD_IMM64 insn used to refer to process-local map_fd */
#define BPF_LD_MAP_FD(DST, MAP_FD)    \
  BPF_LD_IMM64_RAW(DST, BPF_PSEUDO_MAP_FD, MAP_FD)

可以看到，这条指令是将 map_fd 的值，保存到R1寄存器中。这时候，我们可能会好奇，这中间有 src_reg 什么事情？

上面我们可以看到，如果只是单纯将一个立即数保存到寄存器中，则 src_reg=0；如果这个立即数表示是一个 map_fd，则则 src_reg=1；

这样我们便可以区分指令中的立即数是否表示一个 map_fd。后面 replace_map_fd_with_map_ptr 函数会用到这个性质。

第六条指令

/* Raw code statement block */

#define BPF_RAW_INSN(CODE, DST, SRC, OFF, IMM)  \
  ((struct bpf_insn) {                          \
    .code    = CODE,                            \
    .dst_reg = DST,                             \
    .src_reg = SRC,                             \
    .off     = OFF,                             \
    .imm     = IMM })

其中BPF_FUNC_map_lookup_elem的宏展开为1。至于跳转到1的位置，在verifier后是bpf_map_lookup_elem这个函数，则是后续的问题了。可以参考：fixup_bpf_calls

这里，可以从宏的名称看出是是跳转到bpf_map_lookup_elem函数位置。

第七条指令

/* Conditional jumps against immediates, if (dst_reg 'op' imm32) goto pc + off16 */

#define BPF_JMP_IMM(OP, DST, IMM, OFF)     \
  ((struct bpf_insn) {                     \
    .code  = BPF_JMP | BPF_OP(OP) | BPF_K, \
    .dst_reg = DST,                        \
    .src_reg = 0,                          \
    .off     = OFF,                        \
    .imm     = IMM })

这条指令表示，R0寄存器 等于0，则向下跳过两个指令。

R0寄存器 这里存储的是协议号，根据 IP 协议号列表可知，但 IP 数据包中的协议为 “IPv6逐跳选项”，则向下跳过两个指令。

第八条指令

BPF_RAW_INSN(BPF_STX | BPF_XADD | BPF_DW, BPF_REG_0, BPF_REG_1, 0, 0)

xadd - 交换相加。

第九条指令

BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* r0 = 0 */

R0是包含 BPF 程序退出值的寄存器，设置返回值 R0=0。

第十条指令

/* Program exit */

#define BPF_EXIT_INSN()                  \
    ((struct bpf_insn) {                 \
        .code  = BPF_JMP | BPF_EXIT,     \
        .dst_reg = 0,                    \
        .src_reg = 0,                    \
        .off     = 0,                    \
        .imm     = 0 })

程序退出指令，使用BPF_EXIT

4、总结

前面我们介绍了eBPF的字节码和指令架构的定义，也拿了一个具体的例子进行了分析，通过eBPF的字节码（指令集）有助于我们理解eBPF程序。在进行eBPF程序开发时，会遇到很多verifier的报错，经过学习本文后，通过读报错信息就可以大概知道什么地方的问题了。

大家可以参考《收藏：eBPF verifier常见错误整理》

https://mp.weixin.qq.com/s/1za4Xk_dgafd_kMOkhLw1w