eBPF-Beobachtbarkeit ist ein robuster Ansatz, der die Implementierung von Programmen zur Überwachung von Kernel-Ereignissen umfasst und die Beobachtbarkeit, Vernetzung und Sicherheit des Linux-Kernels verbessert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Kernel-Quellcode zu bearbeiten oder Module hinzuzufügen, sodass Sie eine robustere Infrastruktur zur Unterstützung Ihres Systems erstellen können, ohne es zu komplizieren. In diesem Artikel besprechen wir eBPF, seine Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile der Verwendung von eBPF zur Beobachtbarkeit.

Was ist eBPF?

Lassen Sie uns zuerst verstehen was eBPF istund warum es wichtig ist. Der Extended Berkeley Packet Filter (eBPF) ist eine hochmoderne Linux-Kernel-Funktion, die es Sandbox-Programmen ermöglicht, innerhalb des Betriebssystemkernels zu arbeiten. Es erweitert die Funktionalität des Kernels sicher und effektiv, ohne dass Sie Kernelmodule laden oder den Quellcode ändern müssen.

Angesichts der Fähigkeit des Kernels, das gesamte System zu überwachen und zu verwalten, waren Betriebssysteme in der Regel der ideale Bereich für die Integration von Sicherheits-, Beobachtbarkeits- und Netzwerkfunktionen. Aufgrund seines wichtigen Zwecks und der strengen Sicherheits- und Stabilitätsanforderungen ist der Betriebssystemkernel resistent gegen Änderungen. Infolgedessen bleibt die Entwicklung auf Betriebssystemebene hinter den Verbesserungen zurück, die außerhalb durch eBPF bereitgestellt werden.

Was ist eBPF-Beobachtbarkeit?

Unter eBPF-Beobachtbarkeit versteht man eine einfache, aber vollständige Implementierung von Programmen zur Beobachtung von Kernel-Ereignissen. Dies geschieht größtenteils in Linux-Kernel. eBPF zeichnet sich als Observability-Tool aus, da es Programme innerhalb des Kernels ausführen kann, um Überwachungsdaten herauszufiltern, ohne den Quellcode zu ändern. Die Beobachtbarkeit mit eBPF ist äußerst sicher, isoliert und unauffällig und kann auf zentralisierte Systeme übertragen werden. Es erhöht die Beobachtbarkeit, indem es die Sichtbarkeit, den Kontext und die Genauigkeit von Infrastruktur- und Netzwerkereignissen steigert.

Wie funktioniert eBPF?

In Kubernetes-Clustern werden Container häufig zur Installation von Diensten verwendet, die so lange weiterlaufen, wie die Anwendung läuft, und eBPF bietet eine zuverlässige Methode zur Überwachung von Diensten im Cluster. eBPF kann auch zur Prüfung von Kubernetes-Clusterbefehlen verwendet werden und bietet eine detaillierte Ansicht jedes Befehls. Es gibt Auskunft über den Initiator, den Zeitpunkt, den Ort und andere relevante Fakten.

Ereignisgesteuerte eBPF-Anwendungen sind mit einer Coderoute verknüpft. Hooks sind bestimmte Auslöser im Codepfad, die alle zugehörigen eBPF-Programme ausführen, wenn sie bereitgestellt werden. Hooks können in Netzwerkereignissen und Systemaufrufen gefunden werden.

Wenn der Code aktiviert ist, wird er zunächst kompiliert BPF-Bytecode. Vor der Ausführung wird wiederum der Bytecode untersucht, um sicherzustellen, dass er keine Schleife erzeugt. Dieser Schritt schützt die Software davor, den Linux-Kernel versehentlich oder absichtlich zu gefährden. Wenn ein Programm an einem Hook aufgerufen wird, führt es Hilfsaufrufe aus. Bei diesen Dienstprogrammaufrufen handelt es sich um Funktionen, die eBPF mehrere Funktionen für den Speicherzugriff bereitstellen. Der Kernel muss vorab Hilfsaufrufe spezifizieren, dennoch nimmt die Zahl der zugänglichen Funktionen ständig zu.

Quelle

Wie funktioniert die eBPF-Beobachtbarkeit?

Um die zugrunde liegende Mechanik, die die Beobachtbarkeit von eBPF ermöglicht, vollständig zu verstehen, müssen wir zunächst die Idee von Hooks verstehen. eBPF-Programme sind in der Regel ereignisgesteuert, das heißt, sie werden aktiviert, sobald ein bestimmtes Ereignis eintritt. Wenn beispielsweise ein Funktionsaufruf ausgeführt wird, kann eine eBPF-Anwendung aufgerufen werden, um Daten zur Beobachtbarkeit zu sammeln.

Erstens könnten diese Hooks entweder im Kernel oder im Userspace vorhanden sein. Daher kann eBPF zur Überwachung sowohl von User-Space-Apps als auch von Ereignissen auf Kernel-Ebene verwendet werden. Zweitens können diese Hooks vorab festgelegt/statisch oder dynamisch in ein laufendes System eingeführt werden (ohne Neustarts!). Jeder von ihnen wird durch vier einzigartige eBPF-Prozesse ermöglicht:

• Kprobes (Kernel-Probes): Wird zur Laufzeit verwendet, um sich dynamisch in einen beliebigen Bereich des Kernel-Codes einzubinden.

• Uprobes (Benutzersonden): Wird zur Laufzeit verwendet, um sich dynamisch in einen beliebigen Teil eines User-Space-Programms einzubinden.

• Kernel-Tracepoints: Wird zum Einbinden in Kernel-definierte Ereignisse verwendet.

• USDT: Wird zum Einbinden in vom Entwickler definierte Tracepoints im Anwendungscode verwendet.

Es gibt verschiedene vordefinierte Hooks im Kernel-Bereich, an die eine eBPF-Anwendung problemlos angehängt werden kann (z. B. Systemaufrufe, Ein-/Ausstieg von Funktionen, Netzwerkereignisse, Kernel-Tracepoints). Ebenso verfügen viele Sprachlaufzeiten, Datenbanksysteme und Software-Stacks über vorkonfigurierte Hooks für Linux-BCC Dienstprogramme, in die sich eBPF-Programme im Benutzerbereich einbinden können.

Wer sollte eBPF Observability nutzen?

Der Einsatz von eBPF in Cloud-nativen Apps nimmt zu. In Kubernetes und anderen verteilten und Container-basierten Umgebungen wird eBPF häufig eingesetzt, wenn die herkömmliche Sicherheitsüberwachung versagt. eBPF kann in solchen Szenarien dabei helfen, die Sichtbarkeitslücke zu schließen, da es Einblick in den HTTP-Verkehr bietet.

Vorteile der Verwendung von eBPF für die Beobachtbarkeit

Die Fähigkeit, sich an unterschiedliche Anforderungen und Einstellungen anzupassen, ist entscheidend für die Systembeobachtbarkeit. Hier zeichnet sich diese Technologie aus und bietet Entwicklern unvergleichliche Freiheiten. Hier sind einige Vorteile der Verwendung von eBPF für die Beobachtbarkeit.

Sicherheit

Programme sind im Wesentlichen in einer Sandbox untergebracht, was bedeutet, dass der Kernel-Quellcode unberührt und sicher bleibt. Der Verifizierungsprozess stellt sicher, dass Programme, die Endlosschleifen ausführen, keine Ressourcen missbrauchen.

Zentrale

eBPF-Programme sind zentralisiert und liefern detailliertere Daten über Kernel-Ereignisse. Dies liefert eine Fülle von Informationen über Container- und Netzwerkaktivitäten, die dann zur Aggregation und Sichtbarkeit an zentrale Plattformen übertragen werden können.

Verbraucherfreundlichkeit

Das Schreiben von Code, der sich in Kernel-Routinen einklinkt, erfordert weniger Aufwand als das Erstellen und Warten von Kernel-Modulen.

Einheitliche Nachverfolgung

eBPF bietet ein einheitliches, robustes und benutzerfreundliches Framework für die Ablaufverfolgung von Prozessen. Dies verbessert sowohl die Sichtbarkeit als auch die Sicherheit.

Programmierbarkeit

Die Verwendung von eBPF erhöht den Funktionsumfang einer Umgebung, ohne dass zusätzliche Ebenen hinzugefügt werden müssen. Da der Code direkt im Kernel ausgeführt wird, kann eBPF die Daten zwischen eBPF-Ereignissen speichern, anstatt sie wie andere Tracer zu sichern.

Nachteile der Verwendung von eBPF für die Beobachtbarkeit

Die Verwendung von eBPF zur Beobachtbarkeit hat seine Vorteile, alle diese überlegenen Fähigkeiten haben jedoch ihren Preis. Schauen wir uns einige der Einschränkungen von eBPF an und was dagegen unternommen wird.

Linux-Einschränkungen

eBPF wird heute hauptsächlich in Linux-Kerneln verwendet. Dies stellt ein Problem für Organisationen dar, die versuchen, eBPF-Technologien für Kubernetes- und Container-Workloads zu verwenden, die auf Nicht-Linux-Systemen ausgeführt werden. eBPF für Windows hingegen befindet sich in aktiver Entwicklung.

Marktakzeptanz

Es gibt viel Begeisterung und Begeisterung für die Technologie, und die Unterstützung großer Technologieunternehmen hat dazu beigetragen, ihre Position im Cloud-Native-Bereich zu stärken. Allerdings befindet es sich noch in einem frühen Stadium und erfordert erhebliche Fachkenntnisse. Infolgedessen verlief die Marktakzeptanz langsam.

Zusammenfassung

In den nächsten Jahren hat diese Technologie das Potenzial, den aktuellen Ansatz zur Beobachtbarkeit zu verändern. Da neue eBPF-Anwendungen im Bereich Observability entstehen, ist es offensichtlich, dass diese transformative Technologie Innovationen vorantreiben und die Zukunft der Observability beeinflussen wird. eBPF ist eine robuste Observability-Technologie, die uns dabei unterstützt, wichtige Datenpunkte mit geringem Overhead zu erfassen. Sein Potenzial, eine sicherere und einfachere Observability-Implementierung zu ermöglichen, wird für die Verbesserung der Systemleistung, Sicherheit und Gesamtbetriebseffizienz wichtig sein.

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• Quelle: Plato Data Intelligence: PlatoData