Merge tag 'for-5.9/dm-changes' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/devic...
[linux-2.6-microblaze.git] / scripts / bpf_helpers_doc.py
1 #!/usr/bin/env python3
2 # SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
3 #
4 # Copyright (C) 2018-2019 Netronome Systems, Inc.
5
6 # In case user attempts to run with Python 2.
7 from __future__ import print_function
8
9 import argparse
10 import re
11 import sys, os
12
13 class NoHelperFound(BaseException):
14     pass
15
16 class ParsingError(BaseException):
17     def __init__(self, line='<line not provided>', reader=None):
18         if reader:
19             BaseException.__init__(self,
20                                    'Error at file offset %d, parsing line: %s' %
21                                    (reader.tell(), line))
22         else:
23             BaseException.__init__(self, 'Error parsing line: %s' % line)
24
25 class Helper(object):
26     """
27     An object representing the description of an eBPF helper function.
28     @proto: function prototype of the helper function
29     @desc: textual description of the helper function
30     @ret: description of the return value of the helper function
31     """
32     def __init__(self, proto='', desc='', ret=''):
33         self.proto = proto
34         self.desc = desc
35         self.ret = ret
36
37     def proto_break_down(self):
38         """
39         Break down helper function protocol into smaller chunks: return type,
40         name, distincts arguments.
41         """
42         arg_re = re.compile('((\w+ )*?(\w+|...))( (\**)(\w+))?$')
43         res = {}
44         proto_re = re.compile('(.+) (\**)(\w+)\(((([^,]+)(, )?){1,5})\)$')
45
46         capture = proto_re.match(self.proto)
47         res['ret_type'] = capture.group(1)
48         res['ret_star'] = capture.group(2)
49         res['name']     = capture.group(3)
50         res['args'] = []
51
52         args    = capture.group(4).split(', ')
53         for a in args:
54             capture = arg_re.match(a)
55             res['args'].append({
56                 'type' : capture.group(1),
57                 'star' : capture.group(5),
58                 'name' : capture.group(6)
59             })
60
61         return res
62
63 class HeaderParser(object):
64     """
65     An object used to parse a file in order to extract the documentation of a
66     list of eBPF helper functions. All the helpers that can be retrieved are
67     stored as Helper object, in the self.helpers() array.
68     @filename: name of file to parse, usually include/uapi/linux/bpf.h in the
69                kernel tree
70     """
71     def __init__(self, filename):
72         self.reader = open(filename, 'r')
73         self.line = ''
74         self.helpers = []
75
76     def parse_helper(self):
77         proto    = self.parse_proto()
78         desc     = self.parse_desc()
79         ret      = self.parse_ret()
80         return Helper(proto=proto, desc=desc, ret=ret)
81
82     def parse_proto(self):
83         # Argument can be of shape:
84         #   - "void"
85         #   - "type  name"
86         #   - "type *name"
87         #   - Same as above, with "const" and/or "struct" in front of type
88         #   - "..." (undefined number of arguments, for bpf_trace_printk())
89         # There is at least one term ("void"), and at most five arguments.
90         p = re.compile(' \* ?((.+) \**\w+\((((const )?(struct )?(\w+|\.\.\.)( \**\w+)?)(, )?){1,5}\))$')
91         capture = p.match(self.line)
92         if not capture:
93             raise NoHelperFound
94         self.line = self.reader.readline()
95         return capture.group(1)
96
97     def parse_desc(self):
98         p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})Description$')
99         capture = p.match(self.line)
100         if not capture:
101             # Helper can have empty description and we might be parsing another
102             # attribute: return but do not consume.
103             return ''
104         # Description can be several lines, some of them possibly empty, and it
105         # stops when another subsection title is met.
106         desc = ''
107         while True:
108             self.line = self.reader.readline()
109             if self.line == ' *\n':
110                 desc += '\n'
111             else:
112                 p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})(?:\t| {8})(.*)')
113                 capture = p.match(self.line)
114                 if capture:
115                     desc += capture.group(1) + '\n'
116                 else:
117                     break
118         return desc
119
120     def parse_ret(self):
121         p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})Return$')
122         capture = p.match(self.line)
123         if not capture:
124             # Helper can have empty retval and we might be parsing another
125             # attribute: return but do not consume.
126             return ''
127         # Return value description can be several lines, some of them possibly
128         # empty, and it stops when another subsection title is met.
129         ret = ''
130         while True:
131             self.line = self.reader.readline()
132             if self.line == ' *\n':
133                 ret += '\n'
134             else:
135                 p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})(?:\t| {8})(.*)')
136                 capture = p.match(self.line)
137                 if capture:
138                     ret += capture.group(1) + '\n'
139                 else:
140                     break
141         return ret
142
143     def run(self):
144         # Advance to start of helper function descriptions.
145         offset = self.reader.read().find('* Start of BPF helper function descriptions:')
146         if offset == -1:
147             raise Exception('Could not find start of eBPF helper descriptions list')
148         self.reader.seek(offset)
149         self.reader.readline()
150         self.reader.readline()
151         self.line = self.reader.readline()
152
153         while True:
154             try:
155                 helper = self.parse_helper()
156                 self.helpers.append(helper)
157             except NoHelperFound:
158                 break
159
160         self.reader.close()
161
162 ###############################################################################
163
164 class Printer(object):
165     """
166     A generic class for printers. Printers should be created with an array of
167     Helper objects, and implement a way to print them in the desired fashion.
168     @helpers: array of Helper objects to print to standard output
169     """
170     def __init__(self, helpers):
171         self.helpers = helpers
172
173     def print_header(self):
174         pass
175
176     def print_footer(self):
177         pass
178
179     def print_one(self, helper):
180         pass
181
182     def print_all(self):
183         self.print_header()
184         for helper in self.helpers:
185             self.print_one(helper)
186         self.print_footer()
187
188 class PrinterRST(Printer):
189     """
190     A printer for dumping collected information about helpers as a ReStructured
191     Text page compatible with the rst2man program, which can be used to
192     generate a manual page for the helpers.
193     @helpers: array of Helper objects to print to standard output
194     """
195     def print_header(self):
196         header = '''\
197 .. Copyright (C) All BPF authors and contributors from 2014 to present.
198 .. See git log include/uapi/linux/bpf.h in kernel tree for details.
199 .. 
200 .. %%%LICENSE_START(VERBATIM)
201 .. Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
202 .. manual provided the copyright notice and this permission notice are
203 .. preserved on all copies.
204 .. 
205 .. Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
206 .. manual under the conditions for verbatim copying, provided that the
207 .. entire resulting derived work is distributed under the terms of a
208 .. permission notice identical to this one.
209 .. 
210 .. Since the Linux kernel and libraries are constantly changing, this
211 .. manual page may be incorrect or out-of-date.  The author(s) assume no
212 .. responsibility for errors or omissions, or for damages resulting from
213 .. the use of the information contained herein.  The author(s) may not
214 .. have taken the same level of care in the production of this manual,
215 .. which is licensed free of charge, as they might when working
216 .. professionally.
217 .. 
218 .. Formatted or processed versions of this manual, if unaccompanied by
219 .. the source, must acknowledge the copyright and authors of this work.
220 .. %%%LICENSE_END
221 .. 
222 .. Please do not edit this file. It was generated from the documentation
223 .. located in file include/uapi/linux/bpf.h of the Linux kernel sources
224 .. (helpers description), and from scripts/bpf_helpers_doc.py in the same
225 .. repository (header and footer).
226
227 ===========
228 BPF-HELPERS
229 ===========
230 -------------------------------------------------------------------------------
231 list of eBPF helper functions
232 -------------------------------------------------------------------------------
233
234 :Manual section: 7
235
236 DESCRIPTION
237 ===========
238
239 The extended Berkeley Packet Filter (eBPF) subsystem consists in programs
240 written in a pseudo-assembly language, then attached to one of the several
241 kernel hooks and run in reaction of specific events. This framework differs
242 from the older, "classic" BPF (or "cBPF") in several aspects, one of them being
243 the ability to call special functions (or "helpers") from within a program.
244 These functions are restricted to a white-list of helpers defined in the
245 kernel.
246
247 These helpers are used by eBPF programs to interact with the system, or with
248 the context in which they work. For instance, they can be used to print
249 debugging messages, to get the time since the system was booted, to interact
250 with eBPF maps, or to manipulate network packets. Since there are several eBPF
251 program types, and that they do not run in the same context, each program type
252 can only call a subset of those helpers.
253
254 Due to eBPF conventions, a helper can not have more than five arguments.
255
256 Internally, eBPF programs call directly into the compiled helper functions
257 without requiring any foreign-function interface. As a result, calling helpers
258 introduces no overhead, thus offering excellent performance.
259
260 This document is an attempt to list and document the helpers available to eBPF
261 developers. They are sorted by chronological order (the oldest helpers in the
262 kernel at the top).
263
264 HELPERS
265 =======
266 '''
267         print(header)
268
269     def print_footer(self):
270         footer = '''
271 EXAMPLES
272 ========
273
274 Example usage for most of the eBPF helpers listed in this manual page are
275 available within the Linux kernel sources, at the following locations:
276
277 * *samples/bpf/*
278 * *tools/testing/selftests/bpf/*
279
280 LICENSE
281 =======
282
283 eBPF programs can have an associated license, passed along with the bytecode
284 instructions to the kernel when the programs are loaded. The format for that
285 string is identical to the one in use for kernel modules (Dual licenses, such
286 as "Dual BSD/GPL", may be used). Some helper functions are only accessible to
287 programs that are compatible with the GNU Privacy License (GPL).
288
289 In order to use such helpers, the eBPF program must be loaded with the correct
290 license string passed (via **attr**) to the **bpf**\ () system call, and this
291 generally translates into the C source code of the program containing a line
292 similar to the following:
293
294 ::
295
296         char ____license[] __attribute__((section("license"), used)) = "GPL";
297
298 IMPLEMENTATION
299 ==============
300
301 This manual page is an effort to document the existing eBPF helper functions.
302 But as of this writing, the BPF sub-system is under heavy development. New eBPF
303 program or map types are added, along with new helper functions. Some helpers
304 are occasionally made available for additional program types. So in spite of
305 the efforts of the community, this page might not be up-to-date. If you want to
306 check by yourself what helper functions exist in your kernel, or what types of
307 programs they can support, here are some files among the kernel tree that you
308 may be interested in:
309
310 * *include/uapi/linux/bpf.h* is the main BPF header. It contains the full list
311   of all helper functions, as well as many other BPF definitions including most
312   of the flags, structs or constants used by the helpers.
313 * *net/core/filter.c* contains the definition of most network-related helper
314   functions, and the list of program types from which they can be used.
315 * *kernel/trace/bpf_trace.c* is the equivalent for most tracing program-related
316   helpers.
317 * *kernel/bpf/verifier.c* contains the functions used to check that valid types
318   of eBPF maps are used with a given helper function.
319 * *kernel/bpf/* directory contains other files in which additional helpers are
320   defined (for cgroups, sockmaps, etc.).
321 * The bpftool utility can be used to probe the availability of helper functions
322   on the system (as well as supported program and map types, and a number of
323   other parameters). To do so, run **bpftool feature probe** (see
324   **bpftool-feature**\ (8) for details). Add the **unprivileged** keyword to
325   list features available to unprivileged users.
326
327 Compatibility between helper functions and program types can generally be found
328 in the files where helper functions are defined. Look for the **struct
329 bpf_func_proto** objects and for functions returning them: these functions
330 contain a list of helpers that a given program type can call. Note that the
331 **default:** label of the **switch ... case** used to filter helpers can call
332 other functions, themselves allowing access to additional helpers. The
333 requirement for GPL license is also in those **struct bpf_func_proto**.
334
335 Compatibility between helper functions and map types can be found in the
336 **check_map_func_compatibility**\ () function in file *kernel/bpf/verifier.c*.
337
338 Helper functions that invalidate the checks on **data** and **data_end**
339 pointers for network processing are listed in function
340 **bpf_helper_changes_pkt_data**\ () in file *net/core/filter.c*.
341
342 SEE ALSO
343 ========
344
345 **bpf**\ (2),
346 **bpftool**\ (8),
347 **cgroups**\ (7),
348 **ip**\ (8),
349 **perf_event_open**\ (2),
350 **sendmsg**\ (2),
351 **socket**\ (7),
352 **tc-bpf**\ (8)'''
353         print(footer)
354
355     def print_proto(self, helper):
356         """
357         Format function protocol with bold and italics markers. This makes RST
358         file less readable, but gives nice results in the manual page.
359         """
360         proto = helper.proto_break_down()
361
362         print('**%s %s%s(' % (proto['ret_type'],
363                               proto['ret_star'].replace('*', '\\*'),
364                               proto['name']),
365               end='')
366
367         comma = ''
368         for a in proto['args']:
369             one_arg = '{}{}'.format(comma, a['type'])
370             if a['name']:
371                 if a['star']:
372                     one_arg += ' {}**\ '.format(a['star'].replace('*', '\\*'))
373                 else:
374                     one_arg += '** '
375                 one_arg += '*{}*\\ **'.format(a['name'])
376             comma = ', '
377             print(one_arg, end='')
378
379         print(')**')
380
381     def print_one(self, helper):
382         self.print_proto(helper)
383
384         if (helper.desc):
385             print('\tDescription')
386             # Do not strip all newline characters: formatted code at the end of
387             # a section must be followed by a blank line.
388             for line in re.sub('\n$', '', helper.desc, count=1).split('\n'):
389                 print('{}{}'.format('\t\t' if line else '', line))
390
391         if (helper.ret):
392             print('\tReturn')
393             for line in helper.ret.rstrip().split('\n'):
394                 print('{}{}'.format('\t\t' if line else '', line))
395
396         print('')
397
398 class PrinterHelpers(Printer):
399     """
400     A printer for dumping collected information about helpers as C header to
401     be included from BPF program.
402     @helpers: array of Helper objects to print to standard output
403     """
404
405     type_fwds = [
406             'struct bpf_fib_lookup',
407             'struct bpf_sk_lookup',
408             'struct bpf_perf_event_data',
409             'struct bpf_perf_event_value',
410             'struct bpf_pidns_info',
411             'struct bpf_sock',
412             'struct bpf_sock_addr',
413             'struct bpf_sock_ops',
414             'struct bpf_sock_tuple',
415             'struct bpf_spin_lock',
416             'struct bpf_sysctl',
417             'struct bpf_tcp_sock',
418             'struct bpf_tunnel_key',
419             'struct bpf_xfrm_state',
420             'struct pt_regs',
421             'struct sk_reuseport_md',
422             'struct sockaddr',
423             'struct tcphdr',
424             'struct seq_file',
425             'struct tcp6_sock',
426             'struct tcp_sock',
427             'struct tcp_timewait_sock',
428             'struct tcp_request_sock',
429             'struct udp6_sock',
430             'struct task_struct',
431
432             'struct __sk_buff',
433             'struct sk_msg_md',
434             'struct xdp_md',
435     ]
436     known_types = {
437             '...',
438             'void',
439             'const void',
440             'char',
441             'const char',
442             'int',
443             'long',
444             'unsigned long',
445
446             '__be16',
447             '__be32',
448             '__wsum',
449
450             'struct bpf_fib_lookup',
451             'struct bpf_perf_event_data',
452             'struct bpf_perf_event_value',
453             'struct bpf_pidns_info',
454             'struct bpf_sk_lookup',
455             'struct bpf_sock',
456             'struct bpf_sock_addr',
457             'struct bpf_sock_ops',
458             'struct bpf_sock_tuple',
459             'struct bpf_spin_lock',
460             'struct bpf_sysctl',
461             'struct bpf_tcp_sock',
462             'struct bpf_tunnel_key',
463             'struct bpf_xfrm_state',
464             'struct pt_regs',
465             'struct sk_reuseport_md',
466             'struct sockaddr',
467             'struct tcphdr',
468             'struct seq_file',
469             'struct tcp6_sock',
470             'struct tcp_sock',
471             'struct tcp_timewait_sock',
472             'struct tcp_request_sock',
473             'struct udp6_sock',
474             'struct task_struct',
475     }
476     mapped_types = {
477             'u8': '__u8',
478             'u16': '__u16',
479             'u32': '__u32',
480             'u64': '__u64',
481             's8': '__s8',
482             's16': '__s16',
483             's32': '__s32',
484             's64': '__s64',
485             'size_t': 'unsigned long',
486             'struct bpf_map': 'void',
487             'struct sk_buff': 'struct __sk_buff',
488             'const struct sk_buff': 'const struct __sk_buff',
489             'struct sk_msg_buff': 'struct sk_msg_md',
490             'struct xdp_buff': 'struct xdp_md',
491     }
492     # Helpers overloaded for different context types.
493     overloaded_helpers = [
494         'bpf_get_socket_cookie',
495         'bpf_sk_assign',
496     ]
497
498     def print_header(self):
499         header = '''\
500 /* This is auto-generated file. See bpf_helpers_doc.py for details. */
501
502 /* Forward declarations of BPF structs */'''
503
504         print(header)
505         for fwd in self.type_fwds:
506             print('%s;' % fwd)
507         print('')
508
509     def print_footer(self):
510         footer = ''
511         print(footer)
512
513     def map_type(self, t):
514         if t in self.known_types:
515             return t
516         if t in self.mapped_types:
517             return self.mapped_types[t]
518         print("Unrecognized type '%s', please add it to known types!" % t,
519               file=sys.stderr)
520         sys.exit(1)
521
522     seen_helpers = set()
523
524     def print_one(self, helper):
525         proto = helper.proto_break_down()
526
527         if proto['name'] in self.seen_helpers:
528             return
529         self.seen_helpers.add(proto['name'])
530
531         print('/*')
532         print(" * %s" % proto['name'])
533         print(" *")
534         if (helper.desc):
535             # Do not strip all newline characters: formatted code at the end of
536             # a section must be followed by a blank line.
537             for line in re.sub('\n$', '', helper.desc, count=1).split('\n'):
538                 print(' *{}{}'.format(' \t' if line else '', line))
539
540         if (helper.ret):
541             print(' *')
542             print(' * Returns')
543             for line in helper.ret.rstrip().split('\n'):
544                 print(' *{}{}'.format(' \t' if line else '', line))
545
546         print(' */')
547         print('static %s %s(*%s)(' % (self.map_type(proto['ret_type']),
548                                       proto['ret_star'], proto['name']), end='')
549         comma = ''
550         for i, a in enumerate(proto['args']):
551             t = a['type']
552             n = a['name']
553             if proto['name'] in self.overloaded_helpers and i == 0:
554                     t = 'void'
555                     n = 'ctx'
556             one_arg = '{}{}'.format(comma, self.map_type(t))
557             if n:
558                 if a['star']:
559                     one_arg += ' {}'.format(a['star'])
560                 else:
561                     one_arg += ' '
562                 one_arg += '{}'.format(n)
563             comma = ', '
564             print(one_arg, end='')
565
566         print(') = (void *) %d;' % len(self.seen_helpers))
567         print('')
568
569 ###############################################################################
570
571 # If script is launched from scripts/ from kernel tree and can access
572 # ../include/uapi/linux/bpf.h, use it as a default name for the file to parse,
573 # otherwise the --filename argument will be required from the command line.
574 script = os.path.abspath(sys.argv[0])
575 linuxRoot = os.path.dirname(os.path.dirname(script))
576 bpfh = os.path.join(linuxRoot, 'include/uapi/linux/bpf.h')
577
578 argParser = argparse.ArgumentParser(description="""
579 Parse eBPF header file and generate documentation for eBPF helper functions.
580 The RST-formatted output produced can be turned into a manual page with the
581 rst2man utility.
582 """)
583 argParser.add_argument('--header', action='store_true',
584                        help='generate C header file')
585 if (os.path.isfile(bpfh)):
586     argParser.add_argument('--filename', help='path to include/uapi/linux/bpf.h',
587                            default=bpfh)
588 else:
589     argParser.add_argument('--filename', help='path to include/uapi/linux/bpf.h')
590 args = argParser.parse_args()
591
592 # Parse file.
593 headerParser = HeaderParser(args.filename)
594 headerParser.run()
595
596 # Print formatted output to standard output.
597 if args.header:
598     printer = PrinterHelpers(headerParser.helpers)
599 else:
600     printer = PrinterRST(headerParser.helpers)
601 printer.print_all()