Merge tag 'libnvdimm-for-5.15' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/nvdim...
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / networking / filter.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 .. _networking-filter:
4
5 =======================================================
6 Linux Socket Filtering aka Berkeley Packet Filter (BPF)
7 =======================================================
8
9 Introduction
10 ------------
11
12 Linux Socket Filtering (LSF) is derived from the Berkeley Packet Filter.
13 Though there are some distinct differences between the BSD and Linux
14 Kernel filtering, but when we speak of BPF or LSF in Linux context, we
15 mean the very same mechanism of filtering in the Linux kernel.
16
17 BPF allows a user-space program to attach a filter onto any socket and
18 allow or disallow certain types of data to come through the socket. LSF
19 follows exactly the same filter code structure as BSD's BPF, so referring
20 to the BSD bpf.4 manpage is very helpful in creating filters.
21
22 On Linux, BPF is much simpler than on BSD. One does not have to worry
23 about devices or anything like that. You simply create your filter code,
24 send it to the kernel via the SO_ATTACH_FILTER option and if your filter
25 code passes the kernel check on it, you then immediately begin filtering
26 data on that socket.
27
28 You can also detach filters from your socket via the SO_DETACH_FILTER
29 option. This will probably not be used much since when you close a socket
30 that has a filter on it the filter is automagically removed. The other
31 less common case may be adding a different filter on the same socket where
32 you had another filter that is still running: the kernel takes care of
33 removing the old one and placing your new one in its place, assuming your
34 filter has passed the checks, otherwise if it fails the old filter will
35 remain on that socket.
36
37 SO_LOCK_FILTER option allows to lock the filter attached to a socket. Once
38 set, a filter cannot be removed or changed. This allows one process to
39 setup a socket, attach a filter, lock it then drop privileges and be
40 assured that the filter will be kept until the socket is closed.
41
42 The biggest user of this construct might be libpcap. Issuing a high-level
43 filter command like `tcpdump -i em1 port 22` passes through the libpcap
44 internal compiler that generates a structure that can eventually be loaded
45 via SO_ATTACH_FILTER to the kernel. `tcpdump -i em1 port 22 -ddd`
46 displays what is being placed into this structure.
47
48 Although we were only speaking about sockets here, BPF in Linux is used
49 in many more places. There's xt_bpf for netfilter, cls_bpf in the kernel
50 qdisc layer, SECCOMP-BPF (SECure COMPuting [1]_), and lots of other places
51 such as team driver, PTP code, etc where BPF is being used.
52
53 .. [1] Documentation/userspace-api/seccomp_filter.rst
54
55 Original BPF paper:
56
57 Steven McCanne and Van Jacobson. 1993. The BSD packet filter: a new
58 architecture for user-level packet capture. In Proceedings of the
59 USENIX Winter 1993 Conference Proceedings on USENIX Winter 1993
60 Conference Proceedings (USENIX'93). USENIX Association, Berkeley,
61 CA, USA, 2-2. [http://www.tcpdump.org/papers/bpf-usenix93.pdf]
62
63 Structure
64 ---------
65
66 User space applications include <linux/filter.h> which contains the
67 following relevant structures::
68
69         struct sock_filter {    /* Filter block */
70                 __u16   code;   /* Actual filter code */
71                 __u8    jt;     /* Jump true */
72                 __u8    jf;     /* Jump false */
73                 __u32   k;      /* Generic multiuse field */
74         };
75
76 Such a structure is assembled as an array of 4-tuples, that contains
77 a code, jt, jf and k value. jt and jf are jump offsets and k a generic
78 value to be used for a provided code::
79
80         struct sock_fprog {                     /* Required for SO_ATTACH_FILTER. */
81                 unsigned short             len; /* Number of filter blocks */
82                 struct sock_filter __user *filter;
83         };
84
85 For socket filtering, a pointer to this structure (as shown in
86 follow-up example) is being passed to the kernel through setsockopt(2).
87
88 Example
89 -------
90
91 ::
92
93     #include <sys/socket.h>
94     #include <sys/types.h>
95     #include <arpa/inet.h>
96     #include <linux/if_ether.h>
97     /* ... */
98
99     /* From the example above: tcpdump -i em1 port 22 -dd */
100     struct sock_filter code[] = {
101             { 0x28,  0,  0, 0x0000000c },
102             { 0x15,  0,  8, 0x000086dd },
103             { 0x30,  0,  0, 0x00000014 },
104             { 0x15,  2,  0, 0x00000084 },
105             { 0x15,  1,  0, 0x00000006 },
106             { 0x15,  0, 17, 0x00000011 },
107             { 0x28,  0,  0, 0x00000036 },
108             { 0x15, 14,  0, 0x00000016 },
109             { 0x28,  0,  0, 0x00000038 },
110             { 0x15, 12, 13, 0x00000016 },
111             { 0x15,  0, 12, 0x00000800 },
112             { 0x30,  0,  0, 0x00000017 },
113             { 0x15,  2,  0, 0x00000084 },
114             { 0x15,  1,  0, 0x00000006 },
115             { 0x15,  0,  8, 0x00000011 },
116             { 0x28,  0,  0, 0x00000014 },
117             { 0x45,  6,  0, 0x00001fff },
118             { 0xb1,  0,  0, 0x0000000e },
119             { 0x48,  0,  0, 0x0000000e },
120             { 0x15,  2,  0, 0x00000016 },
121             { 0x48,  0,  0, 0x00000010 },
122             { 0x15,  0,  1, 0x00000016 },
123             { 0x06,  0,  0, 0x0000ffff },
124             { 0x06,  0,  0, 0x00000000 },
125     };
126
127     struct sock_fprog bpf = {
128             .len = ARRAY_SIZE(code),
129             .filter = code,
130     };
131
132     sock = socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));
133     if (sock < 0)
134             /* ... bail out ... */
135
136     ret = setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, &bpf, sizeof(bpf));
137     if (ret < 0)
138             /* ... bail out ... */
139
140     /* ... */
141     close(sock);
142
143 The above example code attaches a socket filter for a PF_PACKET socket
144 in order to let all IPv4/IPv6 packets with port 22 pass. The rest will
145 be dropped for this socket.
146
147 The setsockopt(2) call to SO_DETACH_FILTER doesn't need any arguments
148 and SO_LOCK_FILTER for preventing the filter to be detached, takes an
149 integer value with 0 or 1.
150
151 Note that socket filters are not restricted to PF_PACKET sockets only,
152 but can also be used on other socket families.
153
154 Summary of system calls:
155
156  * setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ATTACH_FILTER, &val, sizeof(val));
157  * setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_DETACH_FILTER, &val, sizeof(val));
158  * setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_LOCK_FILTER,   &val, sizeof(val));
159
160 Normally, most use cases for socket filtering on packet sockets will be
161 covered by libpcap in high-level syntax, so as an application developer
162 you should stick to that. libpcap wraps its own layer around all that.
163
164 Unless i) using/linking to libpcap is not an option, ii) the required BPF
165 filters use Linux extensions that are not supported by libpcap's compiler,
166 iii) a filter might be more complex and not cleanly implementable with
167 libpcap's compiler, or iv) particular filter codes should be optimized
168 differently than libpcap's internal compiler does; then in such cases
169 writing such a filter "by hand" can be of an alternative. For example,
170 xt_bpf and cls_bpf users might have requirements that could result in
171 more complex filter code, or one that cannot be expressed with libpcap
172 (e.g. different return codes for various code paths). Moreover, BPF JIT
173 implementors may wish to manually write test cases and thus need low-level
174 access to BPF code as well.
175
176 BPF engine and instruction set
177 ------------------------------
178
179 Under tools/bpf/ there's a small helper tool called bpf_asm which can
180 be used to write low-level filters for example scenarios mentioned in the
181 previous section. Asm-like syntax mentioned here has been implemented in
182 bpf_asm and will be used for further explanations (instead of dealing with
183 less readable opcodes directly, principles are the same). The syntax is
184 closely modelled after Steven McCanne's and Van Jacobson's BPF paper.
185
186 The BPF architecture consists of the following basic elements:
187
188   =======          ====================================================
189   Element          Description
190   =======          ====================================================
191   A                32 bit wide accumulator
192   X                32 bit wide X register
193   M[]              16 x 32 bit wide misc registers aka "scratch memory
194                    store", addressable from 0 to 15
195   =======          ====================================================
196
197 A program, that is translated by bpf_asm into "opcodes" is an array that
198 consists of the following elements (as already mentioned)::
199
200   op:16, jt:8, jf:8, k:32
201
202 The element op is a 16 bit wide opcode that has a particular instruction
203 encoded. jt and jf are two 8 bit wide jump targets, one for condition
204 "jump if true", the other one "jump if false". Eventually, element k
205 contains a miscellaneous argument that can be interpreted in different
206 ways depending on the given instruction in op.
207
208 The instruction set consists of load, store, branch, alu, miscellaneous
209 and return instructions that are also represented in bpf_asm syntax. This
210 table lists all bpf_asm instructions available resp. what their underlying
211 opcodes as defined in linux/filter.h stand for:
212
213   ===========      ===================  =====================
214   Instruction      Addressing mode      Description
215   ===========      ===================  =====================
216   ld               1, 2, 3, 4, 12       Load word into A
217   ldi              4                    Load word into A
218   ldh              1, 2                 Load half-word into A
219   ldb              1, 2                 Load byte into A
220   ldx              3, 4, 5, 12          Load word into X
221   ldxi             4                    Load word into X
222   ldxb             5                    Load byte into X
223
224   st               3                    Store A into M[]
225   stx              3                    Store X into M[]
226
227   jmp              6                    Jump to label
228   ja               6                    Jump to label
229   jeq              7, 8, 9, 10          Jump on A == <x>
230   jneq             9, 10                Jump on A != <x>
231   jne              9, 10                Jump on A != <x>
232   jlt              9, 10                Jump on A <  <x>
233   jle              9, 10                Jump on A <= <x>
234   jgt              7, 8, 9, 10          Jump on A >  <x>
235   jge              7, 8, 9, 10          Jump on A >= <x>
236   jset             7, 8, 9, 10          Jump on A &  <x>
237
238   add              0, 4                 A + <x>
239   sub              0, 4                 A - <x>
240   mul              0, 4                 A * <x>
241   div              0, 4                 A / <x>
242   mod              0, 4                 A % <x>
243   neg                                   !A
244   and              0, 4                 A & <x>
245   or               0, 4                 A | <x>
246   xor              0, 4                 A ^ <x>
247   lsh              0, 4                 A << <x>
248   rsh              0, 4                 A >> <x>
249
250   tax                                   Copy A into X
251   txa                                   Copy X into A
252
253   ret              4, 11                Return
254   ===========      ===================  =====================
255
256 The next table shows addressing formats from the 2nd column:
257
258   ===============  ===================  ===============================================
259   Addressing mode  Syntax               Description
260   ===============  ===================  ===============================================
261    0               x/%x                 Register X
262    1               [k]                  BHW at byte offset k in the packet
263    2               [x + k]              BHW at the offset X + k in the packet
264    3               M[k]                 Word at offset k in M[]
265    4               #k                   Literal value stored in k
266    5               4*([k]&0xf)          Lower nibble * 4 at byte offset k in the packet
267    6               L                    Jump label L
268    7               #k,Lt,Lf             Jump to Lt if true, otherwise jump to Lf
269    8               x/%x,Lt,Lf           Jump to Lt if true, otherwise jump to Lf
270    9               #k,Lt                Jump to Lt if predicate is true
271   10               x/%x,Lt              Jump to Lt if predicate is true
272   11               a/%a                 Accumulator A
273   12               extension            BPF extension
274   ===============  ===================  ===============================================
275
276 The Linux kernel also has a couple of BPF extensions that are used along
277 with the class of load instructions by "overloading" the k argument with
278 a negative offset + a particular extension offset. The result of such BPF
279 extensions are loaded into A.
280
281 Possible BPF extensions are shown in the following table:
282
283   ===================================   =================================================
284   Extension                             Description
285   ===================================   =================================================
286   len                                   skb->len
287   proto                                 skb->protocol
288   type                                  skb->pkt_type
289   poff                                  Payload start offset
290   ifidx                                 skb->dev->ifindex
291   nla                                   Netlink attribute of type X with offset A
292   nlan                                  Nested Netlink attribute of type X with offset A
293   mark                                  skb->mark
294   queue                                 skb->queue_mapping
295   hatype                                skb->dev->type
296   rxhash                                skb->hash
297   cpu                                   raw_smp_processor_id()
298   vlan_tci                              skb_vlan_tag_get(skb)
299   vlan_avail                            skb_vlan_tag_present(skb)
300   vlan_tpid                             skb->vlan_proto
301   rand                                  prandom_u32()
302   ===================================   =================================================
303
304 These extensions can also be prefixed with '#'.
305 Examples for low-level BPF:
306
307 **ARP packets**::
308
309   ldh [12]
310   jne #0x806, drop
311   ret #-1
312   drop: ret #0
313
314 **IPv4 TCP packets**::
315
316   ldh [12]
317   jne #0x800, drop
318   ldb [23]
319   jneq #6, drop
320   ret #-1
321   drop: ret #0
322
323 **icmp random packet sampling, 1 in 4**::
324
325   ldh [12]
326   jne #0x800, drop
327   ldb [23]
328   jneq #1, drop
329   # get a random uint32 number
330   ld rand
331   mod #4
332   jneq #1, drop
333   ret #-1
334   drop: ret #0
335
336 **SECCOMP filter example**::
337
338   ld [4]                  /* offsetof(struct seccomp_data, arch) */
339   jne #0xc000003e, bad    /* AUDIT_ARCH_X86_64 */
340   ld [0]                  /* offsetof(struct seccomp_data, nr) */
341   jeq #15, good           /* __NR_rt_sigreturn */
342   jeq #231, good          /* __NR_exit_group */
343   jeq #60, good           /* __NR_exit */
344   jeq #0, good            /* __NR_read */
345   jeq #1, good            /* __NR_write */
346   jeq #5, good            /* __NR_fstat */
347   jeq #9, good            /* __NR_mmap */
348   jeq #14, good           /* __NR_rt_sigprocmask */
349   jeq #13, good           /* __NR_rt_sigaction */
350   jeq #35, good           /* __NR_nanosleep */
351   bad: ret #0             /* SECCOMP_RET_KILL_THREAD */
352   good: ret #0x7fff0000   /* SECCOMP_RET_ALLOW */
353
354 Examples for low-level BPF extension:
355
356 **Packet for interface index 13**::
357
358   ld ifidx
359   jneq #13, drop
360   ret #-1
361   drop: ret #0
362
363 **(Accelerated) VLAN w/ id 10**::
364
365   ld vlan_tci
366   jneq #10, drop
367   ret #-1
368   drop: ret #0
369
370 The above example code can be placed into a file (here called "foo"), and
371 then be passed to the bpf_asm tool for generating opcodes, output that xt_bpf
372 and cls_bpf understands and can directly be loaded with. Example with above
373 ARP code::
374
375     $ ./bpf_asm foo
376     4,40 0 0 12,21 0 1 2054,6 0 0 4294967295,6 0 0 0,
377
378 In copy and paste C-like output::
379
380     $ ./bpf_asm -c foo
381     { 0x28,  0,  0, 0x0000000c },
382     { 0x15,  0,  1, 0x00000806 },
383     { 0x06,  0,  0, 0xffffffff },
384     { 0x06,  0,  0, 0000000000 },
385
386 In particular, as usage with xt_bpf or cls_bpf can result in more complex BPF
387 filters that might not be obvious at first, it's good to test filters before
388 attaching to a live system. For that purpose, there's a small tool called
389 bpf_dbg under tools/bpf/ in the kernel source directory. This debugger allows
390 for testing BPF filters against given pcap files, single stepping through the
391 BPF code on the pcap's packets and to do BPF machine register dumps.
392
393 Starting bpf_dbg is trivial and just requires issuing::
394
395     # ./bpf_dbg
396
397 In case input and output do not equal stdin/stdout, bpf_dbg takes an
398 alternative stdin source as a first argument, and an alternative stdout
399 sink as a second one, e.g. `./bpf_dbg test_in.txt test_out.txt`.
400
401 Other than that, a particular libreadline configuration can be set via
402 file "~/.bpf_dbg_init" and the command history is stored in the file
403 "~/.bpf_dbg_history".
404
405 Interaction in bpf_dbg happens through a shell that also has auto-completion
406 support (follow-up example commands starting with '>' denote bpf_dbg shell).
407 The usual workflow would be to ...
408
409 * load bpf 6,40 0 0 12,21 0 3 2048,48 0 0 23,21 0 1 1,6 0 0 65535,6 0 0 0
410   Loads a BPF filter from standard output of bpf_asm, or transformed via
411   e.g. ``tcpdump -iem1 -ddd port 22 | tr '\n' ','``. Note that for JIT
412   debugging (next section), this command creates a temporary socket and
413   loads the BPF code into the kernel. Thus, this will also be useful for
414   JIT developers.
415
416 * load pcap foo.pcap
417
418   Loads standard tcpdump pcap file.
419
420 * run [<n>]
421
422 bpf passes:1 fails:9
423   Runs through all packets from a pcap to account how many passes and fails
424   the filter will generate. A limit of packets to traverse can be given.
425
426 * disassemble::
427
428         l0:     ldh [12]
429         l1:     jeq #0x800, l2, l5
430         l2:     ldb [23]
431         l3:     jeq #0x1, l4, l5
432         l4:     ret #0xffff
433         l5:     ret #0
434
435   Prints out BPF code disassembly.
436
437 * dump::
438
439         /* { op, jt, jf, k }, */
440         { 0x28,  0,  0, 0x0000000c },
441         { 0x15,  0,  3, 0x00000800 },
442         { 0x30,  0,  0, 0x00000017 },
443         { 0x15,  0,  1, 0x00000001 },
444         { 0x06,  0,  0, 0x0000ffff },
445         { 0x06,  0,  0, 0000000000 },
446
447   Prints out C-style BPF code dump.
448
449 * breakpoint 0::
450
451         breakpoint at: l0:      ldh [12]
452
453 * breakpoint 1::
454
455         breakpoint at: l1:      jeq #0x800, l2, l5
456
457   ...
458
459   Sets breakpoints at particular BPF instructions. Issuing a `run` command
460   will walk through the pcap file continuing from the current packet and
461   break when a breakpoint is being hit (another `run` will continue from
462   the currently active breakpoint executing next instructions):
463
464   * run::
465
466         -- register dump --
467         pc:       [0]                       <-- program counter
468         code:     [40] jt[0] jf[0] k[12]    <-- plain BPF code of current instruction
469         curr:     l0:   ldh [12]              <-- disassembly of current instruction
470         A:        [00000000][0]             <-- content of A (hex, decimal)
471         X:        [00000000][0]             <-- content of X (hex, decimal)
472         M[0,15]:  [00000000][0]             <-- folded content of M (hex, decimal)
473         -- packet dump --                   <-- Current packet from pcap (hex)
474         len: 42
475             0: 00 19 cb 55 55 a4 00 14 a4 43 78 69 08 06 00 01
476         16: 08 00 06 04 00 01 00 14 a4 43 78 69 0a 3b 01 26
477         32: 00 00 00 00 00 00 0a 3b 01 01
478         (breakpoint)
479         >
480
481   * breakpoint::
482
483         breakpoints: 0 1
484
485     Prints currently set breakpoints.
486
487 * step [-<n>, +<n>]
488
489   Performs single stepping through the BPF program from the current pc
490   offset. Thus, on each step invocation, above register dump is issued.
491   This can go forwards and backwards in time, a plain `step` will break
492   on the next BPF instruction, thus +1. (No `run` needs to be issued here.)
493
494 * select <n>
495
496   Selects a given packet from the pcap file to continue from. Thus, on
497   the next `run` or `step`, the BPF program is being evaluated against
498   the user pre-selected packet. Numbering starts just as in Wireshark
499   with index 1.
500
501 * quit
502
503   Exits bpf_dbg.
504
505 JIT compiler
506 ------------
507
508 The Linux kernel has a built-in BPF JIT compiler for x86_64, SPARC,
509 PowerPC, ARM, ARM64, MIPS, RISC-V and s390 and can be enabled through
510 CONFIG_BPF_JIT. The JIT compiler is transparently invoked for each
511 attached filter from user space or for internal kernel users if it has
512 been previously enabled by root::
513
514   echo 1 > /proc/sys/net/core/bpf_jit_enable
515
516 For JIT developers, doing audits etc, each compile run can output the generated
517 opcode image into the kernel log via::
518
519   echo 2 > /proc/sys/net/core/bpf_jit_enable
520
521 Example output from dmesg::
522
523     [ 3389.935842] flen=6 proglen=70 pass=3 image=ffffffffa0069c8f
524     [ 3389.935847] JIT code: 00000000: 55 48 89 e5 48 83 ec 60 48 89 5d f8 44 8b 4f 68
525     [ 3389.935849] JIT code: 00000010: 44 2b 4f 6c 4c 8b 87 d8 00 00 00 be 0c 00 00 00
526     [ 3389.935850] JIT code: 00000020: e8 1d 94 ff e0 3d 00 08 00 00 75 16 be 17 00 00
527     [ 3389.935851] JIT code: 00000030: 00 e8 28 94 ff e0 83 f8 01 75 07 b8 ff ff 00 00
528     [ 3389.935852] JIT code: 00000040: eb 02 31 c0 c9 c3
529
530 When CONFIG_BPF_JIT_ALWAYS_ON is enabled, bpf_jit_enable is permanently set to 1 and
531 setting any other value than that will return in failure. This is even the case for
532 setting bpf_jit_enable to 2, since dumping the final JIT image into the kernel log
533 is discouraged and introspection through bpftool (under tools/bpf/bpftool/) is the
534 generally recommended approach instead.
535
536 In the kernel source tree under tools/bpf/, there's bpf_jit_disasm for
537 generating disassembly out of the kernel log's hexdump::
538
539         # ./bpf_jit_disasm
540         70 bytes emitted from JIT compiler (pass:3, flen:6)
541         ffffffffa0069c8f + <x>:
542         0:      push   %rbp
543         1:      mov    %rsp,%rbp
544         4:      sub    $0x60,%rsp
545         8:      mov    %rbx,-0x8(%rbp)
546         c:      mov    0x68(%rdi),%r9d
547         10:     sub    0x6c(%rdi),%r9d
548         14:     mov    0xd8(%rdi),%r8
549         1b:     mov    $0xc,%esi
550         20:     callq  0xffffffffe0ff9442
551         25:     cmp    $0x800,%eax
552         2a:     jne    0x0000000000000042
553         2c:     mov    $0x17,%esi
554         31:     callq  0xffffffffe0ff945e
555         36:     cmp    $0x1,%eax
556         39:     jne    0x0000000000000042
557         3b:     mov    $0xffff,%eax
558         40:     jmp    0x0000000000000044
559         42:     xor    %eax,%eax
560         44:     leaveq
561         45:     retq
562
563         Issuing option `-o` will "annotate" opcodes to resulting assembler
564         instructions, which can be very useful for JIT developers:
565
566         # ./bpf_jit_disasm -o
567         70 bytes emitted from JIT compiler (pass:3, flen:6)
568         ffffffffa0069c8f + <x>:
569         0:      push   %rbp
570                 55
571         1:      mov    %rsp,%rbp
572                 48 89 e5
573         4:      sub    $0x60,%rsp
574                 48 83 ec 60
575         8:      mov    %rbx,-0x8(%rbp)
576                 48 89 5d f8
577         c:      mov    0x68(%rdi),%r9d
578                 44 8b 4f 68
579         10:     sub    0x6c(%rdi),%r9d
580                 44 2b 4f 6c
581         14:     mov    0xd8(%rdi),%r8
582                 4c 8b 87 d8 00 00 00
583         1b:     mov    $0xc,%esi
584                 be 0c 00 00 00
585         20:     callq  0xffffffffe0ff9442
586                 e8 1d 94 ff e0
587         25:     cmp    $0x800,%eax
588                 3d 00 08 00 00
589         2a:     jne    0x0000000000000042
590                 75 16
591         2c:     mov    $0x17,%esi
592                 be 17 00 00 00
593         31:     callq  0xffffffffe0ff945e
594                 e8 28 94 ff e0
595         36:     cmp    $0x1,%eax
596                 83 f8 01
597         39:     jne    0x0000000000000042
598                 75 07
599         3b:     mov    $0xffff,%eax
600                 b8 ff ff 00 00
601         40:     jmp    0x0000000000000044
602                 eb 02
603         42:     xor    %eax,%eax
604                 31 c0
605         44:     leaveq
606                 c9
607         45:     retq
608                 c3
609
610 For BPF JIT developers, bpf_jit_disasm, bpf_asm and bpf_dbg provides a useful
611 toolchain for developing and testing the kernel's JIT compiler.
612
613 BPF kernel internals
614 --------------------
615 Internally, for the kernel interpreter, a different instruction set
616 format with similar underlying principles from BPF described in previous
617 paragraphs is being used. However, the instruction set format is modelled
618 closer to the underlying architecture to mimic native instruction sets, so
619 that a better performance can be achieved (more details later). This new
620 ISA is called 'eBPF' or 'internal BPF' interchangeably. (Note: eBPF which
621 originates from [e]xtended BPF is not the same as BPF extensions! While
622 eBPF is an ISA, BPF extensions date back to classic BPF's 'overloading'
623 of BPF_LD | BPF_{B,H,W} | BPF_ABS instruction.)
624
625 It is designed to be JITed with one to one mapping, which can also open up
626 the possibility for GCC/LLVM compilers to generate optimized eBPF code through
627 an eBPF backend that performs almost as fast as natively compiled code.
628
629 The new instruction set was originally designed with the possible goal in
630 mind to write programs in "restricted C" and compile into eBPF with a optional
631 GCC/LLVM backend, so that it can just-in-time map to modern 64-bit CPUs with
632 minimal performance overhead over two steps, that is, C -> eBPF -> native code.
633
634 Currently, the new format is being used for running user BPF programs, which
635 includes seccomp BPF, classic socket filters, cls_bpf traffic classifier,
636 team driver's classifier for its load-balancing mode, netfilter's xt_bpf
637 extension, PTP dissector/classifier, and much more. They are all internally
638 converted by the kernel into the new instruction set representation and run
639 in the eBPF interpreter. For in-kernel handlers, this all works transparently
640 by using bpf_prog_create() for setting up the filter, resp.
641 bpf_prog_destroy() for destroying it. The function
642 bpf_prog_run(filter, ctx) transparently invokes eBPF interpreter or JITed
643 code to run the filter. 'filter' is a pointer to struct bpf_prog that we
644 got from bpf_prog_create(), and 'ctx' the given context (e.g.
645 skb pointer). All constraints and restrictions from bpf_check_classic() apply
646 before a conversion to the new layout is being done behind the scenes!
647
648 Currently, the classic BPF format is being used for JITing on most
649 32-bit architectures, whereas x86-64, aarch64, s390x, powerpc64,
650 sparc64, arm32, riscv64, riscv32 perform JIT compilation from eBPF
651 instruction set.
652
653 Some core changes of the new internal format:
654
655 - Number of registers increase from 2 to 10:
656
657   The old format had two registers A and X, and a hidden frame pointer. The
658   new layout extends this to be 10 internal registers and a read-only frame
659   pointer. Since 64-bit CPUs are passing arguments to functions via registers
660   the number of args from eBPF program to in-kernel function is restricted
661   to 5 and one register is used to accept return value from an in-kernel
662   function. Natively, x86_64 passes first 6 arguments in registers, aarch64/
663   sparcv9/mips64 have 7 - 8 registers for arguments; x86_64 has 6 callee saved
664   registers, and aarch64/sparcv9/mips64 have 11 or more callee saved registers.
665
666   Therefore, eBPF calling convention is defined as:
667
668     * R0        - return value from in-kernel function, and exit value for eBPF program
669     * R1 - R5   - arguments from eBPF program to in-kernel function
670     * R6 - R9   - callee saved registers that in-kernel function will preserve
671     * R10       - read-only frame pointer to access stack
672
673   Thus, all eBPF registers map one to one to HW registers on x86_64, aarch64,
674   etc, and eBPF calling convention maps directly to ABIs used by the kernel on
675   64-bit architectures.
676
677   On 32-bit architectures JIT may map programs that use only 32-bit arithmetic
678   and may let more complex programs to be interpreted.
679
680   R0 - R5 are scratch registers and eBPF program needs spill/fill them if
681   necessary across calls. Note that there is only one eBPF program (== one
682   eBPF main routine) and it cannot call other eBPF functions, it can only
683   call predefined in-kernel functions, though.
684
685 - Register width increases from 32-bit to 64-bit:
686
687   Still, the semantics of the original 32-bit ALU operations are preserved
688   via 32-bit subregisters. All eBPF registers are 64-bit with 32-bit lower
689   subregisters that zero-extend into 64-bit if they are being written to.
690   That behavior maps directly to x86_64 and arm64 subregister definition, but
691   makes other JITs more difficult.
692
693   32-bit architectures run 64-bit internal BPF programs via interpreter.
694   Their JITs may convert BPF programs that only use 32-bit subregisters into
695   native instruction set and let the rest being interpreted.
696
697   Operation is 64-bit, because on 64-bit architectures, pointers are also
698   64-bit wide, and we want to pass 64-bit values in/out of kernel functions,
699   so 32-bit eBPF registers would otherwise require to define register-pair
700   ABI, thus, there won't be able to use a direct eBPF register to HW register
701   mapping and JIT would need to do combine/split/move operations for every
702   register in and out of the function, which is complex, bug prone and slow.
703   Another reason is the use of atomic 64-bit counters.
704
705 - Conditional jt/jf targets replaced with jt/fall-through:
706
707   While the original design has constructs such as ``if (cond) jump_true;
708   else jump_false;``, they are being replaced into alternative constructs like
709   ``if (cond) jump_true; /* else fall-through */``.
710
711 - Introduces bpf_call insn and register passing convention for zero overhead
712   calls from/to other kernel functions:
713
714   Before an in-kernel function call, the internal BPF program needs to
715   place function arguments into R1 to R5 registers to satisfy calling
716   convention, then the interpreter will take them from registers and pass
717   to in-kernel function. If R1 - R5 registers are mapped to CPU registers
718   that are used for argument passing on given architecture, the JIT compiler
719   doesn't need to emit extra moves. Function arguments will be in the correct
720   registers and BPF_CALL instruction will be JITed as single 'call' HW
721   instruction. This calling convention was picked to cover common call
722   situations without performance penalty.
723
724   After an in-kernel function call, R1 - R5 are reset to unreadable and R0 has
725   a return value of the function. Since R6 - R9 are callee saved, their state
726   is preserved across the call.
727
728   For example, consider three C functions::
729
730     u64 f1() { return (*_f2)(1); }
731     u64 f2(u64 a) { return f3(a + 1, a); }
732     u64 f3(u64 a, u64 b) { return a - b; }
733
734   GCC can compile f1, f3 into x86_64::
735
736     f1:
737         movl $1, %edi
738         movq _f2(%rip), %rax
739         jmp  *%rax
740     f3:
741         movq %rdi, %rax
742         subq %rsi, %rax
743         ret
744
745   Function f2 in eBPF may look like::
746
747     f2:
748         bpf_mov R2, R1
749         bpf_add R1, 1
750         bpf_call f3
751         bpf_exit
752
753   If f2 is JITed and the pointer stored to ``_f2``. The calls f1 -> f2 -> f3 and
754   returns will be seamless. Without JIT, __bpf_prog_run() interpreter needs to
755   be used to call into f2.
756
757   For practical reasons all eBPF programs have only one argument 'ctx' which is
758   already placed into R1 (e.g. on __bpf_prog_run() startup) and the programs
759   can call kernel functions with up to 5 arguments. Calls with 6 or more arguments
760   are currently not supported, but these restrictions can be lifted if necessary
761   in the future.
762
763   On 64-bit architectures all register map to HW registers one to one. For
764   example, x86_64 JIT compiler can map them as ...
765
766   ::
767
768     R0 - rax
769     R1 - rdi
770     R2 - rsi
771     R3 - rdx
772     R4 - rcx
773     R5 - r8
774     R6 - rbx
775     R7 - r13
776     R8 - r14
777     R9 - r15
778     R10 - rbp
779
780   ... since x86_64 ABI mandates rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9 for argument passing
781   and rbx, r12 - r15 are callee saved.
782
783   Then the following internal BPF pseudo-program::
784
785     bpf_mov R6, R1 /* save ctx */
786     bpf_mov R2, 2
787     bpf_mov R3, 3
788     bpf_mov R4, 4
789     bpf_mov R5, 5
790     bpf_call foo
791     bpf_mov R7, R0 /* save foo() return value */
792     bpf_mov R1, R6 /* restore ctx for next call */
793     bpf_mov R2, 6
794     bpf_mov R3, 7
795     bpf_mov R4, 8
796     bpf_mov R5, 9
797     bpf_call bar
798     bpf_add R0, R7
799     bpf_exit
800
801   After JIT to x86_64 may look like::
802
803     push %rbp
804     mov %rsp,%rbp
805     sub $0x228,%rsp
806     mov %rbx,-0x228(%rbp)
807     mov %r13,-0x220(%rbp)
808     mov %rdi,%rbx
809     mov $0x2,%esi
810     mov $0x3,%edx
811     mov $0x4,%ecx
812     mov $0x5,%r8d
813     callq foo
814     mov %rax,%r13
815     mov %rbx,%rdi
816     mov $0x6,%esi
817     mov $0x7,%edx
818     mov $0x8,%ecx
819     mov $0x9,%r8d
820     callq bar
821     add %r13,%rax
822     mov -0x228(%rbp),%rbx
823     mov -0x220(%rbp),%r13
824     leaveq
825     retq
826
827   Which is in this example equivalent in C to::
828
829     u64 bpf_filter(u64 ctx)
830     {
831         return foo(ctx, 2, 3, 4, 5) + bar(ctx, 6, 7, 8, 9);
832     }
833
834   In-kernel functions foo() and bar() with prototype: u64 (*)(u64 arg1, u64
835   arg2, u64 arg3, u64 arg4, u64 arg5); will receive arguments in proper
836   registers and place their return value into ``%rax`` which is R0 in eBPF.
837   Prologue and epilogue are emitted by JIT and are implicit in the
838   interpreter. R0-R5 are scratch registers, so eBPF program needs to preserve
839   them across the calls as defined by calling convention.
840
841   For example the following program is invalid::
842
843     bpf_mov R1, 1
844     bpf_call foo
845     bpf_mov R0, R1
846     bpf_exit
847
848   After the call the registers R1-R5 contain junk values and cannot be read.
849   An in-kernel eBPF verifier is used to validate internal BPF programs.
850
851 Also in the new design, eBPF is limited to 4096 insns, which means that any
852 program will terminate quickly and will only call a fixed number of kernel
853 functions. Original BPF and the new format are two operand instructions,
854 which helps to do one-to-one mapping between eBPF insn and x86 insn during JIT.
855
856 The input context pointer for invoking the interpreter function is generic,
857 its content is defined by a specific use case. For seccomp register R1 points
858 to seccomp_data, for converted BPF filters R1 points to a skb.
859
860 A program, that is translated internally consists of the following elements::
861
862   op:16, jt:8, jf:8, k:32    ==>    op:8, dst_reg:4, src_reg:4, off:16, imm:32
863
864 So far 87 internal BPF instructions were implemented. 8-bit 'op' opcode field
865 has room for new instructions. Some of them may use 16/24/32 byte encoding. New
866 instructions must be multiple of 8 bytes to preserve backward compatibility.
867
868 Internal BPF is a general purpose RISC instruction set. Not every register and
869 every instruction are used during translation from original BPF to new format.
870 For example, socket filters are not using ``exclusive add`` instruction, but
871 tracing filters may do to maintain counters of events, for example. Register R9
872 is not used by socket filters either, but more complex filters may be running
873 out of registers and would have to resort to spill/fill to stack.
874
875 Internal BPF can be used as a generic assembler for last step performance
876 optimizations, socket filters and seccomp are using it as assembler. Tracing
877 filters may use it as assembler to generate code from kernel. In kernel usage
878 may not be bounded by security considerations, since generated internal BPF code
879 may be optimizing internal code path and not being exposed to the user space.
880 Safety of internal BPF can come from a verifier (TBD). In such use cases as
881 described, it may be used as safe instruction set.
882
883 Just like the original BPF, the new format runs within a controlled environment,
884 is deterministic and the kernel can easily prove that. The safety of the program
885 can be determined in two steps: first step does depth-first-search to disallow
886 loops and other CFG validation; second step starts from the first insn and
887 descends all possible paths. It simulates execution of every insn and observes
888 the state change of registers and stack.
889
890 eBPF opcode encoding
891 --------------------
892
893 eBPF is reusing most of the opcode encoding from classic to simplify conversion
894 of classic BPF to eBPF. For arithmetic and jump instructions the 8-bit 'code'
895 field is divided into three parts::
896
897   +----------------+--------+--------------------+
898   |   4 bits       |  1 bit |   3 bits           |
899   | operation code | source | instruction class  |
900   +----------------+--------+--------------------+
901   (MSB)                                      (LSB)
902
903 Three LSB bits store instruction class which is one of:
904
905   ===================     ===============
906   Classic BPF classes     eBPF classes
907   ===================     ===============
908   BPF_LD    0x00          BPF_LD    0x00
909   BPF_LDX   0x01          BPF_LDX   0x01
910   BPF_ST    0x02          BPF_ST    0x02
911   BPF_STX   0x03          BPF_STX   0x03
912   BPF_ALU   0x04          BPF_ALU   0x04
913   BPF_JMP   0x05          BPF_JMP   0x05
914   BPF_RET   0x06          BPF_JMP32 0x06
915   BPF_MISC  0x07          BPF_ALU64 0x07
916   ===================     ===============
917
918 When BPF_CLASS(code) == BPF_ALU or BPF_JMP, 4th bit encodes source operand ...
919
920     ::
921
922         BPF_K     0x00
923         BPF_X     0x08
924
925  * in classic BPF, this means::
926
927         BPF_SRC(code) == BPF_X - use register X as source operand
928         BPF_SRC(code) == BPF_K - use 32-bit immediate as source operand
929
930  * in eBPF, this means::
931
932         BPF_SRC(code) == BPF_X - use 'src_reg' register as source operand
933         BPF_SRC(code) == BPF_K - use 32-bit immediate as source operand
934
935 ... and four MSB bits store operation code.
936
937 If BPF_CLASS(code) == BPF_ALU or BPF_ALU64 [ in eBPF ], BPF_OP(code) is one of::
938
939   BPF_ADD   0x00
940   BPF_SUB   0x10
941   BPF_MUL   0x20
942   BPF_DIV   0x30
943   BPF_OR    0x40
944   BPF_AND   0x50
945   BPF_LSH   0x60
946   BPF_RSH   0x70
947   BPF_NEG   0x80
948   BPF_MOD   0x90
949   BPF_XOR   0xa0
950   BPF_MOV   0xb0  /* eBPF only: mov reg to reg */
951   BPF_ARSH  0xc0  /* eBPF only: sign extending shift right */
952   BPF_END   0xd0  /* eBPF only: endianness conversion */
953
954 If BPF_CLASS(code) == BPF_JMP or BPF_JMP32 [ in eBPF ], BPF_OP(code) is one of::
955
956   BPF_JA    0x00  /* BPF_JMP only */
957   BPF_JEQ   0x10
958   BPF_JGT   0x20
959   BPF_JGE   0x30
960   BPF_JSET  0x40
961   BPF_JNE   0x50  /* eBPF only: jump != */
962   BPF_JSGT  0x60  /* eBPF only: signed '>' */
963   BPF_JSGE  0x70  /* eBPF only: signed '>=' */
964   BPF_CALL  0x80  /* eBPF BPF_JMP only: function call */
965   BPF_EXIT  0x90  /* eBPF BPF_JMP only: function return */
966   BPF_JLT   0xa0  /* eBPF only: unsigned '<' */
967   BPF_JLE   0xb0  /* eBPF only: unsigned '<=' */
968   BPF_JSLT  0xc0  /* eBPF only: signed '<' */
969   BPF_JSLE  0xd0  /* eBPF only: signed '<=' */
970
971 So BPF_ADD | BPF_X | BPF_ALU means 32-bit addition in both classic BPF
972 and eBPF. There are only two registers in classic BPF, so it means A += X.
973 In eBPF it means dst_reg = (u32) dst_reg + (u32) src_reg; similarly,
974 BPF_XOR | BPF_K | BPF_ALU means A ^= imm32 in classic BPF and analogous
975 src_reg = (u32) src_reg ^ (u32) imm32 in eBPF.
976
977 Classic BPF is using BPF_MISC class to represent A = X and X = A moves.
978 eBPF is using BPF_MOV | BPF_X | BPF_ALU code instead. Since there are no
979 BPF_MISC operations in eBPF, the class 7 is used as BPF_ALU64 to mean
980 exactly the same operations as BPF_ALU, but with 64-bit wide operands
981 instead. So BPF_ADD | BPF_X | BPF_ALU64 means 64-bit addition, i.e.:
982 dst_reg = dst_reg + src_reg
983
984 Classic BPF wastes the whole BPF_RET class to represent a single ``ret``
985 operation. Classic BPF_RET | BPF_K means copy imm32 into return register
986 and perform function exit. eBPF is modeled to match CPU, so BPF_JMP | BPF_EXIT
987 in eBPF means function exit only. The eBPF program needs to store return
988 value into register R0 before doing a BPF_EXIT. Class 6 in eBPF is used as
989 BPF_JMP32 to mean exactly the same operations as BPF_JMP, but with 32-bit wide
990 operands for the comparisons instead.
991
992 For load and store instructions the 8-bit 'code' field is divided as::
993
994   +--------+--------+-------------------+
995   | 3 bits | 2 bits |   3 bits          |
996   |  mode  |  size  | instruction class |
997   +--------+--------+-------------------+
998   (MSB)                             (LSB)
999
1000 Size modifier is one of ...
1001
1002 ::
1003
1004   BPF_W   0x00    /* word */
1005   BPF_H   0x08    /* half word */
1006   BPF_B   0x10    /* byte */
1007   BPF_DW  0x18    /* eBPF only, double word */
1008
1009 ... which encodes size of load/store operation::
1010
1011  B  - 1 byte
1012  H  - 2 byte
1013  W  - 4 byte
1014  DW - 8 byte (eBPF only)
1015
1016 Mode modifier is one of::
1017
1018   BPF_IMM     0x00  /* used for 32-bit mov in classic BPF and 64-bit in eBPF */
1019   BPF_ABS     0x20
1020   BPF_IND     0x40
1021   BPF_MEM     0x60
1022   BPF_LEN     0x80  /* classic BPF only, reserved in eBPF */
1023   BPF_MSH     0xa0  /* classic BPF only, reserved in eBPF */
1024   BPF_ATOMIC  0xc0  /* eBPF only, atomic operations */
1025
1026 eBPF has two non-generic instructions: (BPF_ABS | <size> | BPF_LD) and
1027 (BPF_IND | <size> | BPF_LD) which are used to access packet data.
1028
1029 They had to be carried over from classic to have strong performance of
1030 socket filters running in eBPF interpreter. These instructions can only
1031 be used when interpreter context is a pointer to ``struct sk_buff`` and
1032 have seven implicit operands. Register R6 is an implicit input that must
1033 contain pointer to sk_buff. Register R0 is an implicit output which contains
1034 the data fetched from the packet. Registers R1-R5 are scratch registers
1035 and must not be used to store the data across BPF_ABS | BPF_LD or
1036 BPF_IND | BPF_LD instructions.
1037
1038 These instructions have implicit program exit condition as well. When
1039 eBPF program is trying to access the data beyond the packet boundary,
1040 the interpreter will abort the execution of the program. JIT compilers
1041 therefore must preserve this property. src_reg and imm32 fields are
1042 explicit inputs to these instructions.
1043
1044 For example::
1045
1046   BPF_IND | BPF_W | BPF_LD means:
1047
1048     R0 = ntohl(*(u32 *) (((struct sk_buff *) R6)->data + src_reg + imm32))
1049     and R1 - R5 were scratched.
1050
1051 Unlike classic BPF instruction set, eBPF has generic load/store operations::
1052
1053     BPF_MEM | <size> | BPF_STX:  *(size *) (dst_reg + off) = src_reg
1054     BPF_MEM | <size> | BPF_ST:   *(size *) (dst_reg + off) = imm32
1055     BPF_MEM | <size> | BPF_LDX:  dst_reg = *(size *) (src_reg + off)
1056
1057 Where size is one of: BPF_B or BPF_H or BPF_W or BPF_DW.
1058
1059 It also includes atomic operations, which use the immediate field for extra
1060 encoding::
1061
1062    .imm = BPF_ADD, .code = BPF_ATOMIC | BPF_W  | BPF_STX: lock xadd *(u32 *)(dst_reg + off16) += src_reg
1063    .imm = BPF_ADD, .code = BPF_ATOMIC | BPF_DW | BPF_STX: lock xadd *(u64 *)(dst_reg + off16) += src_reg
1064
1065 The basic atomic operations supported are::
1066
1067     BPF_ADD
1068     BPF_AND
1069     BPF_OR
1070     BPF_XOR
1071
1072 Each having equivalent semantics with the ``BPF_ADD`` example, that is: the
1073 memory location addresed by ``dst_reg + off`` is atomically modified, with
1074 ``src_reg`` as the other operand. If the ``BPF_FETCH`` flag is set in the
1075 immediate, then these operations also overwrite ``src_reg`` with the
1076 value that was in memory before it was modified.
1077
1078 The more special operations are::
1079
1080     BPF_XCHG
1081
1082 This atomically exchanges ``src_reg`` with the value addressed by ``dst_reg +
1083 off``. ::
1084
1085     BPF_CMPXCHG
1086
1087 This atomically compares the value addressed by ``dst_reg + off`` with
1088 ``R0``. If they match it is replaced with ``src_reg``. In either case, the
1089 value that was there before is zero-extended and loaded back to ``R0``.
1090
1091 Note that 1 and 2 byte atomic operations are not supported.
1092
1093 Clang can generate atomic instructions by default when ``-mcpu=v3`` is
1094 enabled. If a lower version for ``-mcpu`` is set, the only atomic instruction
1095 Clang can generate is ``BPF_ADD`` *without* ``BPF_FETCH``. If you need to enable
1096 the atomics features, while keeping a lower ``-mcpu`` version, you can use
1097 ``-Xclang -target-feature -Xclang +alu32``.
1098
1099 You may encounter ``BPF_XADD`` - this is a legacy name for ``BPF_ATOMIC``,
1100 referring to the exclusive-add operation encoded when the immediate field is
1101 zero.
1102
1103 eBPF has one 16-byte instruction: ``BPF_LD | BPF_DW | BPF_IMM`` which consists
1104 of two consecutive ``struct bpf_insn`` 8-byte blocks and interpreted as single
1105 instruction that loads 64-bit immediate value into a dst_reg.
1106 Classic BPF has similar instruction: ``BPF_LD | BPF_W | BPF_IMM`` which loads
1107 32-bit immediate value into a register.
1108
1109 eBPF verifier
1110 -------------
1111 The safety of the eBPF program is determined in two steps.
1112
1113 First step does DAG check to disallow loops and other CFG validation.
1114 In particular it will detect programs that have unreachable instructions.
1115 (though classic BPF checker allows them)
1116
1117 Second step starts from the first insn and descends all possible paths.
1118 It simulates execution of every insn and observes the state change of
1119 registers and stack.
1120
1121 At the start of the program the register R1 contains a pointer to context
1122 and has type PTR_TO_CTX.
1123 If verifier sees an insn that does R2=R1, then R2 has now type
1124 PTR_TO_CTX as well and can be used on the right hand side of expression.
1125 If R1=PTR_TO_CTX and insn is R2=R1+R1, then R2=SCALAR_VALUE,
1126 since addition of two valid pointers makes invalid pointer.
1127 (In 'secure' mode verifier will reject any type of pointer arithmetic to make
1128 sure that kernel addresses don't leak to unprivileged users)
1129
1130 If register was never written to, it's not readable::
1131
1132   bpf_mov R0 = R2
1133   bpf_exit
1134
1135 will be rejected, since R2 is unreadable at the start of the program.
1136
1137 After kernel function call, R1-R5 are reset to unreadable and
1138 R0 has a return type of the function.
1139
1140 Since R6-R9 are callee saved, their state is preserved across the call.
1141
1142 ::
1143
1144   bpf_mov R6 = 1
1145   bpf_call foo
1146   bpf_mov R0 = R6
1147   bpf_exit
1148
1149 is a correct program. If there was R1 instead of R6, it would have
1150 been rejected.
1151
1152 load/store instructions are allowed only with registers of valid types, which
1153 are PTR_TO_CTX, PTR_TO_MAP, PTR_TO_STACK. They are bounds and alignment checked.
1154 For example::
1155
1156  bpf_mov R1 = 1
1157  bpf_mov R2 = 2
1158  bpf_xadd *(u32 *)(R1 + 3) += R2
1159  bpf_exit
1160
1161 will be rejected, since R1 doesn't have a valid pointer type at the time of
1162 execution of instruction bpf_xadd.
1163
1164 At the start R1 type is PTR_TO_CTX (a pointer to generic ``struct bpf_context``)
1165 A callback is used to customize verifier to restrict eBPF program access to only
1166 certain fields within ctx structure with specified size and alignment.
1167
1168 For example, the following insn::
1169
1170   bpf_ld R0 = *(u32 *)(R6 + 8)
1171
1172 intends to load a word from address R6 + 8 and store it into R0
1173 If R6=PTR_TO_CTX, via is_valid_access() callback the verifier will know
1174 that offset 8 of size 4 bytes can be accessed for reading, otherwise
1175 the verifier will reject the program.
1176 If R6=PTR_TO_STACK, then access should be aligned and be within
1177 stack bounds, which are [-MAX_BPF_STACK, 0). In this example offset is 8,
1178 so it will fail verification, since it's out of bounds.
1179
1180 The verifier will allow eBPF program to read data from stack only after
1181 it wrote into it.
1182
1183 Classic BPF verifier does similar check with M[0-15] memory slots.
1184 For example::
1185
1186   bpf_ld R0 = *(u32 *)(R10 - 4)
1187   bpf_exit
1188
1189 is invalid program.
1190 Though R10 is correct read-only register and has type PTR_TO_STACK
1191 and R10 - 4 is within stack bounds, there were no stores into that location.
1192
1193 Pointer register spill/fill is tracked as well, since four (R6-R9)
1194 callee saved registers may not be enough for some programs.
1195
1196 Allowed function calls are customized with bpf_verifier_ops->get_func_proto()
1197 The eBPF verifier will check that registers match argument constraints.
1198 After the call register R0 will be set to return type of the function.
1199
1200 Function calls is a main mechanism to extend functionality of eBPF programs.
1201 Socket filters may let programs to call one set of functions, whereas tracing
1202 filters may allow completely different set.
1203
1204 If a function made accessible to eBPF program, it needs to be thought through
1205 from safety point of view. The verifier will guarantee that the function is
1206 called with valid arguments.
1207
1208 seccomp vs socket filters have different security restrictions for classic BPF.
1209 Seccomp solves this by two stage verifier: classic BPF verifier is followed
1210 by seccomp verifier. In case of eBPF one configurable verifier is shared for
1211 all use cases.
1212
1213 See details of eBPF verifier in kernel/bpf/verifier.c
1214
1215 Register value tracking
1216 -----------------------
1217 In order to determine the safety of an eBPF program, the verifier must track
1218 the range of possible values in each register and also in each stack slot.
1219 This is done with ``struct bpf_reg_state``, defined in include/linux/
1220 bpf_verifier.h, which unifies tracking of scalar and pointer values.  Each
1221 register state has a type, which is either NOT_INIT (the register has not been
1222 written to), SCALAR_VALUE (some value which is not usable as a pointer), or a
1223 pointer type.  The types of pointers describe their base, as follows:
1224
1225
1226     PTR_TO_CTX
1227                         Pointer to bpf_context.
1228     CONST_PTR_TO_MAP
1229                         Pointer to struct bpf_map.  "Const" because arithmetic
1230                         on these pointers is forbidden.
1231     PTR_TO_MAP_VALUE
1232                         Pointer to the value stored in a map element.
1233     PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
1234                         Either a pointer to a map value, or NULL; map accesses
1235                         (see section 'eBPF maps', below) return this type,
1236                         which becomes a PTR_TO_MAP_VALUE when checked != NULL.
1237                         Arithmetic on these pointers is forbidden.
1238     PTR_TO_STACK
1239                         Frame pointer.
1240     PTR_TO_PACKET
1241                         skb->data.
1242     PTR_TO_PACKET_END
1243                         skb->data + headlen; arithmetic forbidden.
1244     PTR_TO_SOCKET
1245                         Pointer to struct bpf_sock_ops, implicitly refcounted.
1246     PTR_TO_SOCKET_OR_NULL
1247                         Either a pointer to a socket, or NULL; socket lookup
1248                         returns this type, which becomes a PTR_TO_SOCKET when
1249                         checked != NULL. PTR_TO_SOCKET is reference-counted,
1250                         so programs must release the reference through the
1251                         socket release function before the end of the program.
1252                         Arithmetic on these pointers is forbidden.
1253
1254 However, a pointer may be offset from this base (as a result of pointer
1255 arithmetic), and this is tracked in two parts: the 'fixed offset' and 'variable
1256 offset'.  The former is used when an exactly-known value (e.g. an immediate
1257 operand) is added to a pointer, while the latter is used for values which are
1258 not exactly known.  The variable offset is also used in SCALAR_VALUEs, to track
1259 the range of possible values in the register.
1260
1261 The verifier's knowledge about the variable offset consists of:
1262
1263 * minimum and maximum values as unsigned
1264 * minimum and maximum values as signed
1265
1266 * knowledge of the values of individual bits, in the form of a 'tnum': a u64
1267   'mask' and a u64 'value'.  1s in the mask represent bits whose value is unknown;
1268   1s in the value represent bits known to be 1.  Bits known to be 0 have 0 in both
1269   mask and value; no bit should ever be 1 in both.  For example, if a byte is read
1270   into a register from memory, the register's top 56 bits are known zero, while
1271   the low 8 are unknown - which is represented as the tnum (0x0; 0xff).  If we
1272   then OR this with 0x40, we get (0x40; 0xbf), then if we add 1 we get (0x0;
1273   0x1ff), because of potential carries.
1274
1275 Besides arithmetic, the register state can also be updated by conditional
1276 branches.  For instance, if a SCALAR_VALUE is compared > 8, in the 'true' branch
1277 it will have a umin_value (unsigned minimum value) of 9, whereas in the 'false'
1278 branch it will have a umax_value of 8.  A signed compare (with BPF_JSGT or
1279 BPF_JSGE) would instead update the signed minimum/maximum values.  Information
1280 from the signed and unsigned bounds can be combined; for instance if a value is
1281 first tested < 8 and then tested s> 4, the verifier will conclude that the value
1282 is also > 4 and s< 8, since the bounds prevent crossing the sign boundary.
1283
1284 PTR_TO_PACKETs with a variable offset part have an 'id', which is common to all
1285 pointers sharing that same variable offset.  This is important for packet range
1286 checks: after adding a variable to a packet pointer register A, if you then copy
1287 it to another register B and then add a constant 4 to A, both registers will
1288 share the same 'id' but the A will have a fixed offset of +4.  Then if A is
1289 bounds-checked and found to be less than a PTR_TO_PACKET_END, the register B is
1290 now known to have a safe range of at least 4 bytes.  See 'Direct packet access',
1291 below, for more on PTR_TO_PACKET ranges.
1292
1293 The 'id' field is also used on PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL, common to all copies of
1294 the pointer returned from a map lookup.  This means that when one copy is
1295 checked and found to be non-NULL, all copies can become PTR_TO_MAP_VALUEs.
1296 As well as range-checking, the tracked information is also used for enforcing
1297 alignment of pointer accesses.  For instance, on most systems the packet pointer
1298 is 2 bytes after a 4-byte alignment.  If a program adds 14 bytes to that to jump
1299 over the Ethernet header, then reads IHL and addes (IHL * 4), the resulting
1300 pointer will have a variable offset known to be 4n+2 for some n, so adding the 2
1301 bytes (NET_IP_ALIGN) gives a 4-byte alignment and so word-sized accesses through
1302 that pointer are safe.
1303 The 'id' field is also used on PTR_TO_SOCKET and PTR_TO_SOCKET_OR_NULL, common
1304 to all copies of the pointer returned from a socket lookup. This has similar
1305 behaviour to the handling for PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL->PTR_TO_MAP_VALUE, but
1306 it also handles reference tracking for the pointer. PTR_TO_SOCKET implicitly
1307 represents a reference to the corresponding ``struct sock``. To ensure that the
1308 reference is not leaked, it is imperative to NULL-check the reference and in
1309 the non-NULL case, and pass the valid reference to the socket release function.
1310
1311 Direct packet access
1312 --------------------
1313 In cls_bpf and act_bpf programs the verifier allows direct access to the packet
1314 data via skb->data and skb->data_end pointers.
1315 Ex::
1316
1317     1:  r4 = *(u32 *)(r1 +80)  /* load skb->data_end */
1318     2:  r3 = *(u32 *)(r1 +76)  /* load skb->data */
1319     3:  r5 = r3
1320     4:  r5 += 14
1321     5:  if r5 > r4 goto pc+16
1322     R1=ctx R3=pkt(id=0,off=0,r=14) R4=pkt_end R5=pkt(id=0,off=14,r=14) R10=fp
1323     6:  r0 = *(u16 *)(r3 +12) /* access 12 and 13 bytes of the packet */
1324
1325 this 2byte load from the packet is safe to do, since the program author
1326 did check ``if (skb->data + 14 > skb->data_end) goto err`` at insn #5 which
1327 means that in the fall-through case the register R3 (which points to skb->data)
1328 has at least 14 directly accessible bytes. The verifier marks it
1329 as R3=pkt(id=0,off=0,r=14).
1330 id=0 means that no additional variables were added to the register.
1331 off=0 means that no additional constants were added.
1332 r=14 is the range of safe access which means that bytes [R3, R3 + 14) are ok.
1333 Note that R5 is marked as R5=pkt(id=0,off=14,r=14). It also points
1334 to the packet data, but constant 14 was added to the register, so
1335 it now points to ``skb->data + 14`` and accessible range is [R5, R5 + 14 - 14)
1336 which is zero bytes.
1337
1338 More complex packet access may look like::
1339
1340
1341     R0=inv1 R1=ctx R3=pkt(id=0,off=0,r=14) R4=pkt_end R5=pkt(id=0,off=14,r=14) R10=fp
1342     6:  r0 = *(u8 *)(r3 +7) /* load 7th byte from the packet */
1343     7:  r4 = *(u8 *)(r3 +12)
1344     8:  r4 *= 14
1345     9:  r3 = *(u32 *)(r1 +76) /* load skb->data */
1346     10:  r3 += r4
1347     11:  r2 = r1
1348     12:  r2 <<= 48
1349     13:  r2 >>= 48
1350     14:  r3 += r2
1351     15:  r2 = r3
1352     16:  r2 += 8
1353     17:  r1 = *(u32 *)(r1 +80) /* load skb->data_end */
1354     18:  if r2 > r1 goto pc+2
1355     R0=inv(id=0,umax_value=255,var_off=(0x0; 0xff)) R1=pkt_end R2=pkt(id=2,off=8,r=8) R3=pkt(id=2,off=0,r=8) R4=inv(id=0,umax_value=3570,var_off=(0x0; 0xfffe)) R5=pkt(id=0,off=14,r=14) R10=fp
1356     19:  r1 = *(u8 *)(r3 +4)
1357
1358 The state of the register R3 is R3=pkt(id=2,off=0,r=8)
1359 id=2 means that two ``r3 += rX`` instructions were seen, so r3 points to some
1360 offset within a packet and since the program author did
1361 ``if (r3 + 8 > r1) goto err`` at insn #18, the safe range is [R3, R3 + 8).
1362 The verifier only allows 'add'/'sub' operations on packet registers. Any other
1363 operation will set the register state to 'SCALAR_VALUE' and it won't be
1364 available for direct packet access.
1365
1366 Operation ``r3 += rX`` may overflow and become less than original skb->data,
1367 therefore the verifier has to prevent that.  So when it sees ``r3 += rX``
1368 instruction and rX is more than 16-bit value, any subsequent bounds-check of r3
1369 against skb->data_end will not give us 'range' information, so attempts to read
1370 through the pointer will give "invalid access to packet" error.
1371
1372 Ex. after insn ``r4 = *(u8 *)(r3 +12)`` (insn #7 above) the state of r4 is
1373 R4=inv(id=0,umax_value=255,var_off=(0x0; 0xff)) which means that upper 56 bits
1374 of the register are guaranteed to be zero, and nothing is known about the lower
1375 8 bits. After insn ``r4 *= 14`` the state becomes
1376 R4=inv(id=0,umax_value=3570,var_off=(0x0; 0xfffe)), since multiplying an 8-bit
1377 value by constant 14 will keep upper 52 bits as zero, also the least significant
1378 bit will be zero as 14 is even.  Similarly ``r2 >>= 48`` will make
1379 R2=inv(id=0,umax_value=65535,var_off=(0x0; 0xffff)), since the shift is not sign
1380 extending.  This logic is implemented in adjust_reg_min_max_vals() function,
1381 which calls adjust_ptr_min_max_vals() for adding pointer to scalar (or vice
1382 versa) and adjust_scalar_min_max_vals() for operations on two scalars.
1383
1384 The end result is that bpf program author can access packet directly
1385 using normal C code as::
1386
1387   void *data = (void *)(long)skb->data;
1388   void *data_end = (void *)(long)skb->data_end;
1389   struct eth_hdr *eth = data;
1390   struct iphdr *iph = data + sizeof(*eth);
1391   struct udphdr *udp = data + sizeof(*eth) + sizeof(*iph);
1392
1393   if (data + sizeof(*eth) + sizeof(*iph) + sizeof(*udp) > data_end)
1394           return 0;
1395   if (eth->h_proto != htons(ETH_P_IP))
1396           return 0;
1397   if (iph->protocol != IPPROTO_UDP || iph->ihl != 5)
1398           return 0;
1399   if (udp->dest == 53 || udp->source == 9)
1400           ...;
1401
1402 which makes such programs easier to write comparing to LD_ABS insn
1403 and significantly faster.
1404
1405 eBPF maps
1406 ---------
1407 'maps' is a generic storage of different types for sharing data between kernel
1408 and userspace.
1409
1410 The maps are accessed from user space via BPF syscall, which has commands:
1411
1412 - create a map with given type and attributes
1413   ``map_fd = bpf(BPF_MAP_CREATE, union bpf_attr *attr, u32 size)``
1414   using attr->map_type, attr->key_size, attr->value_size, attr->max_entries
1415   returns process-local file descriptor or negative error
1416
1417 - lookup key in a given map
1418   ``err = bpf(BPF_MAP_LOOKUP_ELEM, union bpf_attr *attr, u32 size)``
1419   using attr->map_fd, attr->key, attr->value
1420   returns zero and stores found elem into value or negative error
1421
1422 - create or update key/value pair in a given map
1423   ``err = bpf(BPF_MAP_UPDATE_ELEM, union bpf_attr *attr, u32 size)``
1424   using attr->map_fd, attr->key, attr->value
1425   returns zero or negative error
1426
1427 - find and delete element by key in a given map
1428   ``err = bpf(BPF_MAP_DELETE_ELEM, union bpf_attr *attr, u32 size)``
1429   using attr->map_fd, attr->key
1430
1431 - to delete map: close(fd)
1432   Exiting process will delete maps automatically
1433
1434 userspace programs use this syscall to create/access maps that eBPF programs
1435 are concurrently updating.
1436
1437 maps can have different types: hash, array, bloom filter, radix-tree, etc.
1438
1439 The map is defined by:
1440
1441   - type
1442   - max number of elements
1443   - key size in bytes
1444   - value size in bytes
1445
1446 Pruning
1447 -------
1448 The verifier does not actually walk all possible paths through the program.  For
1449 each new branch to analyse, the verifier looks at all the states it's previously
1450 been in when at this instruction.  If any of them contain the current state as a
1451 subset, the branch is 'pruned' - that is, the fact that the previous state was
1452 accepted implies the current state would be as well.  For instance, if in the
1453 previous state, r1 held a packet-pointer, and in the current state, r1 holds a
1454 packet-pointer with a range as long or longer and at least as strict an
1455 alignment, then r1 is safe.  Similarly, if r2 was NOT_INIT before then it can't
1456 have been used by any path from that point, so any value in r2 (including
1457 another NOT_INIT) is safe.  The implementation is in the function regsafe().
1458 Pruning considers not only the registers but also the stack (and any spilled
1459 registers it may hold).  They must all be safe for the branch to be pruned.
1460 This is implemented in states_equal().
1461
1462 Understanding eBPF verifier messages
1463 ------------------------------------
1464
1465 The following are few examples of invalid eBPF programs and verifier error
1466 messages as seen in the log:
1467
1468 Program with unreachable instructions::
1469
1470   static struct bpf_insn prog[] = {
1471   BPF_EXIT_INSN(),
1472   BPF_EXIT_INSN(),
1473   };
1474
1475 Error:
1476
1477   unreachable insn 1
1478
1479 Program that reads uninitialized register::
1480
1481   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_0, BPF_REG_2),
1482   BPF_EXIT_INSN(),
1483
1484 Error::
1485
1486   0: (bf) r0 = r2
1487   R2 !read_ok
1488
1489 Program that doesn't initialize R0 before exiting::
1490
1491   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_1),
1492   BPF_EXIT_INSN(),
1493
1494 Error::
1495
1496   0: (bf) r2 = r1
1497   1: (95) exit
1498   R0 !read_ok
1499
1500 Program that accesses stack out of bounds::
1501
1502     BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, 8, 0),
1503     BPF_EXIT_INSN(),
1504
1505 Error::
1506
1507     0: (7a) *(u64 *)(r10 +8) = 0
1508     invalid stack off=8 size=8
1509
1510 Program that doesn't initialize stack before passing its address into function::
1511
1512   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1513   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1514   BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, 0),
1515   BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
1516   BPF_EXIT_INSN(),
1517
1518 Error::
1519
1520   0: (bf) r2 = r10
1521   1: (07) r2 += -8
1522   2: (b7) r1 = 0x0
1523   3: (85) call 1
1524   invalid indirect read from stack off -8+0 size 8
1525
1526 Program that uses invalid map_fd=0 while calling to map_lookup_elem() function::
1527
1528   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, -8, 0),
1529   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1530   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1531   BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, 0),
1532   BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
1533   BPF_EXIT_INSN(),
1534
1535 Error::
1536
1537   0: (7a) *(u64 *)(r10 -8) = 0
1538   1: (bf) r2 = r10
1539   2: (07) r2 += -8
1540   3: (b7) r1 = 0x0
1541   4: (85) call 1
1542   fd 0 is not pointing to valid bpf_map
1543
1544 Program that doesn't check return value of map_lookup_elem() before accessing
1545 map element::
1546
1547   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, -8, 0),
1548   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1549   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1550   BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, 0),
1551   BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
1552   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_0, 0, 0),
1553   BPF_EXIT_INSN(),
1554
1555 Error::
1556
1557   0: (7a) *(u64 *)(r10 -8) = 0
1558   1: (bf) r2 = r10
1559   2: (07) r2 += -8
1560   3: (b7) r1 = 0x0
1561   4: (85) call 1
1562   5: (7a) *(u64 *)(r0 +0) = 0
1563   R0 invalid mem access 'map_value_or_null'
1564
1565 Program that correctly checks map_lookup_elem() returned value for NULL, but
1566 accesses the memory with incorrect alignment::
1567
1568   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, -8, 0),
1569   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1570   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1571   BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, 0),
1572   BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
1573   BPF_JMP_IMM(BPF_JEQ, BPF_REG_0, 0, 1),
1574   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_0, 4, 0),
1575   BPF_EXIT_INSN(),
1576
1577 Error::
1578
1579   0: (7a) *(u64 *)(r10 -8) = 0
1580   1: (bf) r2 = r10
1581   2: (07) r2 += -8
1582   3: (b7) r1 = 1
1583   4: (85) call 1
1584   5: (15) if r0 == 0x0 goto pc+1
1585    R0=map_ptr R10=fp
1586   6: (7a) *(u64 *)(r0 +4) = 0
1587   misaligned access off 4 size 8
1588
1589 Program that correctly checks map_lookup_elem() returned value for NULL and
1590 accesses memory with correct alignment in one side of 'if' branch, but fails
1591 to do so in the other side of 'if' branch::
1592
1593   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, -8, 0),
1594   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1595   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1596   BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, 0),
1597   BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem),
1598   BPF_JMP_IMM(BPF_JEQ, BPF_REG_0, 0, 2),
1599   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_0, 0, 0),
1600   BPF_EXIT_INSN(),
1601   BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_0, 0, 1),
1602   BPF_EXIT_INSN(),
1603
1604 Error::
1605
1606   0: (7a) *(u64 *)(r10 -8) = 0
1607   1: (bf) r2 = r10
1608   2: (07) r2 += -8
1609   3: (b7) r1 = 1
1610   4: (85) call 1
1611   5: (15) if r0 == 0x0 goto pc+2
1612    R0=map_ptr R10=fp
1613   6: (7a) *(u64 *)(r0 +0) = 0
1614   7: (95) exit
1615
1616   from 5 to 8: R0=imm0 R10=fp
1617   8: (7a) *(u64 *)(r0 +0) = 1
1618   R0 invalid mem access 'imm'
1619
1620 Program that performs a socket lookup then sets the pointer to NULL without
1621 checking it::
1622
1623   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_2, 0),
1624   BPF_STX_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, BPF_REG_2, -8),
1625   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1626   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1627   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_3, 4),
1628   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_4, 0),
1629   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_5, 0),
1630   BPF_EMIT_CALL(BPF_FUNC_sk_lookup_tcp),
1631   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0),
1632   BPF_EXIT_INSN(),
1633
1634 Error::
1635
1636   0: (b7) r2 = 0
1637   1: (63) *(u32 *)(r10 -8) = r2
1638   2: (bf) r2 = r10
1639   3: (07) r2 += -8
1640   4: (b7) r3 = 4
1641   5: (b7) r4 = 0
1642   6: (b7) r5 = 0
1643   7: (85) call bpf_sk_lookup_tcp#65
1644   8: (b7) r0 = 0
1645   9: (95) exit
1646   Unreleased reference id=1, alloc_insn=7
1647
1648 Program that performs a socket lookup but does not NULL-check the returned
1649 value::
1650
1651   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_2, 0),
1652   BPF_STX_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, BPF_REG_2, -8),
1653   BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10),
1654   BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -8),
1655   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_3, 4),
1656   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_4, 0),
1657   BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_5, 0),
1658   BPF_EMIT_CALL(BPF_FUNC_sk_lookup_tcp),
1659   BPF_EXIT_INSN(),
1660
1661 Error::
1662
1663   0: (b7) r2 = 0
1664   1: (63) *(u32 *)(r10 -8) = r2
1665   2: (bf) r2 = r10
1666   3: (07) r2 += -8
1667   4: (b7) r3 = 4
1668   5: (b7) r4 = 0
1669   6: (b7) r5 = 0
1670   7: (85) call bpf_sk_lookup_tcp#65
1671   8: (95) exit
1672   Unreleased reference id=1, alloc_insn=7
1673
1674 Testing
1675 -------
1676
1677 Next to the BPF toolchain, the kernel also ships a test module that contains
1678 various test cases for classic and internal BPF that can be executed against
1679 the BPF interpreter and JIT compiler. It can be found in lib/test_bpf.c and
1680 enabled via Kconfig::
1681
1682   CONFIG_TEST_BPF=m
1683
1684 After the module has been built and installed, the test suite can be executed
1685 via insmod or modprobe against 'test_bpf' module. Results of the test cases
1686 including timings in nsec can be found in the kernel log (dmesg).
1687
1688 Misc
1689 ----
1690
1691 Also trinity, the Linux syscall fuzzer, has built-in support for BPF and
1692 SECCOMP-BPF kernel fuzzing.
1693
1694 Written by
1695 ----------
1696
1697 The document was written in the hope that it is found useful and in order
1698 to give potential BPF hackers or security auditors a better overview of
1699 the underlying architecture.
1700
1701 - Jay Schulist <jschlst@samba.org>
1702 - Daniel Borkmann <daniel@iogearbox.net>
1703 - Alexei Starovoitov <ast@kernel.org>