XDP 上的线程安全操作

Question

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

我的问题是2倍。

1. 如果元素不存在怎么办，map_update_elem 仍然是原子的吗？

2. XDP 操作 bpf_map_delete_elem 线程在用户空间程序中安全吗？

该映射是 HASH_MAP。

Answer 1

原子操作、竞争条件和线程安全在 eBPF 中有点复杂，所以我将做出一个广泛的回答，因为很难从你的问题判断你的目标是什么。

是的，bpf_map_update_elem通过系统调用的命令和辅助函数都会“自动”更新映射，在这种情况下，这意味着如果我们从值“A”转到值“B”，程序总是会看到“A”或“B” ' 不是两者的某种组合（例如“B”的第一个字节和“A”的最后一个字节）。对于所有地图类型都是如此。这对于所有映射修改系统调用命令（包括 ）都适用bpf_map_delete_elem。

然而，这并不会使竞争条件成为不可能，因为地图的值可能在 amap_lookup_elem和更新它的那一刻之间发生了变化。

还需要记住的是，map_lookup_elem系统调用命令（用户空间）与辅助函数（内核空间）的工作方式不同。系统调用将始终返回不可变的数据副本。但是辅助函数将返回一个指向内核内存中存储映射值的位置的指针，您可以通过这种方式直接更新映射值，而无需使用辅助函数map_update_elem。这就是为什么您经常看到哈希映射的使用方式如下：

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

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

请注意，在此示例中， ,__sync_fetch_and_add用于更新部分地图值。我们需要这样做，因为更新它就像value->packets++;或value->packets += 1会导致竞争条件。它__sync_fetch_and_add发出一条原子 CPU 指令，在本例中，该指令在一条指令中完成所有的提取、添加和写回操作。

另外，在这个例子中，两个结构体字段被原子更新，但不是一起更新，仍然有可能已经packets增加但bytes尚未增加。如果你想避免这种情况，你需要使用自旋锁（使用bpf_spin_lock和bpf_spin_unlock helpers）。

完全回避该问题的另一种方法是使用_PER_CPU地图的变体，在其中权衡拥塞/速度和内存使用。