追踪和性能分析（Tracing & Profiling）

将 eBPF 程序附加到跟踪点以及内核和用户应用探针点的能力，使得应用程序和系统本身的运行时行为具有前所未有的可见性。通过赋予应用程序和系统两方面的检测能力，可以将两种视图结合起来，从而获得强大而独特的洞察力来排除系统性能问题。先进的统计数据结构允许以高效的方式提取有意义的可见性数据，而不需要像类似系统那样，通常需要导出大量的采样数据。
观测和监控（Obervability & Monitoring）

eBPF 不依赖于操作系统暴露的静态计数器和测量，而是实现了自定义指标的收集和内核内聚合，并基于广泛的可能来源生成可见性事件。这扩展了实现的可见性深度，并通过只收集所需的可见性数据，以及在事件源处生成直方图和类似的数据结构，而不是依赖样本的导出，大大降低了整体系统的开销。
网络（Network）

可编程性和效率的结合使得 eBPF 自然而然地满足了网络解决方案的所有数据包处理要求。eBPF 的可编程性使其能够在不离开 Linux内核的包处理上下文的情况下，添加额外的协议解析器，并轻松编程任何转发逻辑以满足不断变化的需求。JIT 编译器提供的效率使其执行性能接近于本地编译的内核代码。
安全（Security）

在看到和理解所有系统调用的基础上，将其与所有网络操作的数据包和套接字级视图相结合，可以采用革命性的新方法来确保系统的安全。虽然系统调用过滤、网络级过滤和进程上下文跟踪等方面通常由完全独立的系统处理，但 eBPF 允许将所有方面的可视性和控制结合起来，以创建在更多上下文上运行的、具有更好控制水平的安全系统。

在追踪方面细分为了两类：

追踪和性能分析
观测和监控

这两者的区别主要在于数据的搜集和聚合是否在内测层面进行的，观测和监控主要是侧重于在内核导出指标、直方图或相关事件。

BPF 技术的整体介绍请参见 eBPF 技术简介https://www.ebpf.top/post/bpf_intro_blog/

2. BPF 应该怎么学习

2.1 BPF 书籍

2.1.1 书籍介绍

如果是想系统学习 BPF 技术，我的建议是先阅读相关的书籍，得到一个整体的认识，然后分方向单独深入。

目前 BPF 的书籍主要有以下两本：

《Linux Observability with BPF》

图书全名为：《Linux Observability with BPF: Advanced Programming for Performance Analysis and Networking》。

早期该书的电子版可以在 sysdig 官网下载，国内可以在此处下载：链接: 提取码: bebt。

本书两位作者合著：
- [美] 大卫·卡拉维拉（David Calavera）Netlify 的 CTO，曾是 Docker 的维护者以及 Runc、Go 和 BCC 工具及其他开源项目的贡献者
- [意] 洛伦佐·丰塔纳（Lorenzo Fontana）Sysdig 开源团队的成员，主要负责CNCF的 Falco 项目，该项目通过内核模块和 eBPF 实现了容器运行时安全和异常检测功能。
当前图书已经翻译成中文，京东地址：《Linux内核观测技术BPF》。
《BPF Performance Tools》

图书全名为：《BPF Performance Tools: Linux System and Application Observability》

作者为大名鼎鼎的性能大师 Brendan Gregg，该书目前还没有中文版，如果购买英文版，可以从外文书店代购，2-3 周可以收到。

他还写过一本性能优化的畅销书《Systems Performance: Enterprise and the Cloud》，中文翻译版本为《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》。该书的第二版作者还在修订中，可参见：《Systems Performance: Enterprise and the Cloud, Second Edition (2020)》。

Brendan Gregg 的博客地址为： Brendan Gregg's Homepage，里面有关于性能优化的诸多宝藏，值得仔细学习和研究。

update: 2021-1-6

该书的中文版本已经出版在售，中文名为《BPF之巅：洞悉Linux系统和应用性能》， JD 购买地址：https://item.jd.com/12769029.html

2.1.2 图书心得

《Linux Observability with BPF》

中文和英文版都在 180 页左右，整体的思路清晰，相关的技术面面俱到，如果定位是整体理解（而不是实践练习），整本书阅读一天内可以完成，能够实现快速对于 BPF 技术的整体了解，但是本书对于涉及的内容介绍基本上还是停留在基础知识介绍，基本上无深入知识介绍，作为入门级别的书籍再合适不过。主要内容包括以下方面：
- BPF 基础知识
  - BPF 的历史及架构；
  - BPF 的程序类型和验证器：按照重要性依次介绍了各种程序类型；
  - BPF Map： BPF Map 类型，常见操作和以及 Map 相关虚拟系统；
- BPF Trace
  - BPF Trace：Trace 的基础知识（kprobe、tracepoint、usdt等）和几个 BCC 使用的样例；
  - BPF 相关工具（BPFTool & BPFTrace & kubectl-trace & eBPF Exportor）；
- BPF Network
  - Linux 网络和 BPF：涵盖数据包过滤和 cls_bpf 相关内容；
  - XDP：由于 XDP 在网络数据处理的特殊地位，单独成章，对于 XDP 进行了简单介绍和一个简单的原理实现，以及如何使用 BCC 进行 XDP 相关的验证；
- 安全
  - 主要是 Seccomp（基于传统的 cBPF）和 LSM 钩子两个方面的内容，主要是简单的介绍，内容不多；
- 真实的用户案例
  - 国外几大公司 Sysdig 、Floowmill 等在 BPF 的技术实践。
《BPF Performance Tools》

本书英文版 839 页，主要涉及的 BPF 技术的基础、BPF Trace 基础基础知识、BPF 技术 Trace 方面的各种实践，本书无 BPF 在网络、安全上的详细介绍。本书的介绍侧重于基础知识和在 Trace 层面的实践，可以理解为《Systems Performance: Enterprise and the Cloud》图书的修订版本，重点引入了 BPF 技术的实践。

全书主题分成四个部分：
1. 技术
  
  在第一部分主要涉及的是 BPF 相关的技术和如何使用的总览。
  - BPF 技术介绍
  - 👍 技术背景
  - 性能分析总览
  - BCC 工具介绍
  - BPFTrace 工具介绍
  这个部分的内容介绍，重点在 技术背景 章节，介绍的了 Trace 相关的技术点及实现原理，总结的非常简练和准确，值得多阅读几遍； BCC 和 BPFTrace 工具的介绍更多是从原理和使用层面介绍，详细的知识可以从两者的 github 网址学习到，贵在章节内容总结的有图有条理，可以快速对于整体架构有个快速的认知。
2. 使用 BPF 工具
  
  本章节主要是介绍了各种性能分析维度（CPU/Mem/Network/System等）的背景知识、传统工具和BPF 工具使用。
  
  这个章节可以理解是《Systems Performance: Enterprise and the Cloud》的缩减（背景知识、传统工具）和BPF 工具的补充，但是也增加了一些多的内容比如安全、容器和虚拟化的内容。
  
  这部分的内容有方法论、基础知识和使用实践，可以作为日常问题排查的参考工具书。
3. 附加主题
  
  作为 BPF 性能工具的补充，还有一些是使用 BPF 各种过程中的小知识、技巧和常见的问题。
4. 附录
  
  虽然是作为附录的内容，但是却是我们学习深入技术点的重要参考，主要是 bpftrace 工具的一览表、BCC Tools 开发、使用原生的 C 编写 BPF 和 BPF 指令集等。
  
  这部分的内容面对的是希望对于 BPF 技术更加深入了解和希望参与到 BCC 工具开发的研发人员。