XDP 上的线程安全操作

Question

我能够从文档中确认，如果在 HASH_MAPs 上完成，bpf_map_update_elem 是一个原子操作。来源（https://man7.org/linux/man-pages/man2/bpf.2.html）。 [引用：map_update_elem() 以原子方式替换现有元素]

我的问题是2折

如果元素不存在怎么办，map_update_elem还是原子的吗？
用户 space 程序的 XDP 操作 bpf_map_delete_elem 线程安全吗？

地图是 HASH_MAP.

Answer 1

原子操作、竞争条件和线程安全在 eBPF 中有点复杂，所以我会做一个宽泛的回答，因为很难从你的问题中判断你的目标是什么。

是的，通过系统调用的 bpf_map_update_elem 命令和辅助函数都会更新映射 'atmomically'，在这种情况下，这意味着如果我们从值 'A' 转到值 'B' 程序总是看到 'A' 或 'B' 而不是两者的某种组合（例如 'B' 的第一个字节和 'A' 的最后一个字节）。这适用于所有地图类型。这适用于所有地图修改系统调用命令（包括 bpf_map_delete_elem）。

然而，这不会使竞争条件变得不可能，因为地图的值可能在 map_lookup_elem 和您更新它的那一刻之间发生了变化。

同样要记住的是 map_lookup_elem 系统调用命令（用户空间）与辅助函数（内核空间）的工作方式不同。系统调用将始终 return 一份不可变的数据副本。但是辅助函数将 return 指向内核内存中存储映射值的位置的指针，您可以通过这种方式直接更新映射值，而无需使用 map_update_elem 辅助函数。这就是为什么您经常看到像这样使用哈希映射的原因：

value = bpf_map_lookup_elem(&hash_map, &key);
if (value) {
    __sync_fetch_and_add(&value->packets, 1);
    __sync_fetch_and_add(&value->bytes, skb->len);
} else {
    struct pair val = {1, skb->len};

    bpf_map_update_elem(&hash_map, &key, &val, BPF_ANY);
}

请注意，在这个example中，__sync_fetch_and_add用于更新部分地图值。我们需要这样做，因为像 value->packets++; 或 value->packets += 1 那样更新它会导致竞争条件。 __sync_fetch_and_add 发出一个原子 CPU 指令，在这种情况下，它在一条指令中获取、添加和写回所有内容。

此外，在这个例子中，两个结构字段被自动更新，但不是一起更新，仍然有可能 packets 已经增加但 bytes 还没有。如果你想避免这种情况，你需要使用自旋锁（使用 bpf_spin_lock 和 bpf_spin_unlock helpers）。

完全回避这个问题的另一种方法是使用地图的 _PER_CPU 变体，其中您 trade-off congestion/speed 和内存使用。

XDP 上的线程安全操作

Thread safe operations on XDP

ebpf

bpf

xdp-bpf

xdp-ebpf

libbpf