CN115589383B - 基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、存储介质和程序产品 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备及存储介质，可以应用于云计算技术领域。该方法应用于发送端宿主机，所述发送端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，包括：响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息；根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。
Description
技术领域
本公开涉及云计算技术领域，尤其涉及一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、存储介质和程序产品。
背景技术
云计算中租户在云上为虚拟机构建虚拟网络即overlay网络，实际数据传输依赖宿主机物理网络即underlay网络，传统的overlay网络和underlay网络映射过程都是openvswitch和linux bridge实现方式都是基于内核模块实现的。然而在内核开发KO模块，利用KO模块做转换。KO模块故障会影响整个系统，系统需要重启。内核模块的异常会导致系统崩溃，进而影响服务的正常运行。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供了基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、介质和程序产品。
根据本公开的第一个方面，提供了一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法，包括：响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；
解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；
对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；
将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。
根据本公开的实施例，所述根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息包括：
根据所述目的虚拟机的物理地址和IP地址查询eBPF maps中的路由信息，以获取所述目的虚拟机所对应的宿主机IP地址信息和虚拟网络ID信息。
根据本公开的实施例，所述对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包包括：
根据所述目的宿主机IP地址信息调用eBPF helper函数查询当前宿主机路由表，以获取所述虚拟机数据包的源IP地址、源物理地址和下一跳设备的物理地址；
将所述目的宿主机IP地址信息、虚拟网络ID信息、虚拟机数据包源IP地址、源物理地址和所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包。
根据本公开的实施例，所述将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中包括：
根据所述目的宿主机IP地址信息和当前宿主机路由表确定下一跳设备的物理地址；
将所述宿主机数据包转发至宿主机出口设备接口，以路由下一跳物理设备。
根据本公开的实施例，所述路由信息包括宿主机虚拟设备与虚拟网络ID映射信息和虚拟机与宿主机的映射信息。
根据本公开的实施例，所述eBPF程序包括用户态程序和内核态程序，在执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包之前，还包括：
将所述路由信息编译成内核字节码装载进内核hook点中，其中所述用户态程序通过ebpfmaps与内核字节码交互。
本公开的第二方面提供一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法，应用于接收端宿主机，所述接收端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络到物理网络的路由信息，包括：
当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息；
解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息；
将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
本公开的第三方面提供了一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置，设置于发送端宿主机，所述发送端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，包括：
数据包拦截模块，用于响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；
数据包解析模块，用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
映射模块，用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；
数据包封装模块，用于对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；
路由模块，用于将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。
本公开的第四方面提供了一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置，设置于接收端宿主机，所述接收端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，包括：
解封装模块，用于当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息；
获取模块，用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
确定模块，用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息；
转发模块，用于将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
本公开的第五方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述方法。
本公开的第六方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述方法。
本公开的第七方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
根据本公开提供的基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、介质和程序产品，通过预先配置虚拟网络与物理网络的路由信息，当数据包进行宿主机网络协议栈时，触发执行eBPF字节码执行对数据包完成转换转发的处理逻辑，根据虚拟数据包的目的IP和路由信息确定虚拟数据包要发往哪个物理机，以实现overlay网络和underlay网络的映射。相较于现有技术中通过交换内核转发数据包，本公开实施例通过ebpf在内核注册hook点实现对网络数据包的转换和转发，更具稳定性和安全性。数据包并不进入网络协议栈，数据包转发更加快速。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、介质和程序产品的应用场景图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法的流程图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的根据目的虚拟机地址信息和路由信息确定目的宿主机地址信息的方法的流程图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的对虚拟机数据包的封装过程的流程图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的对宿主机数据包转发至目的宿主机的过程的流程图；
图6示意性示出了根据本公开实施例的另一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法的流程图；
图7a示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输装置的结构框图；
图7b示意性示出了根据本公开实施例的另一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置的结构框图；以及
图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现基于eBPF的虚拟机数据传输方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
在本公开的技术方案中，所涉及的数据(如包括但不限于用户个人信息)的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开和应用等处理，均符合相关法律法规的规定，采取了必要保密措施，且不违背公序良俗。
首先对本公开实施例出现的名词进行解释：
eBPF：(Extenden Berkeley Packet Filter，eBPF)一种可以在Linux内核中运行用户编写的程序，不需要修改内核代码或加载内核模块的技术，简单说，eBPF让Linux内核变得可编程化，eBPF程序是一个事件驱动模型，提供各种hook点。
underlay网络：由各类物理设备构成，通过使用路由协议保证其设备之间的IP连通性的承载网络。
overlay网络：重叠网，一种运行在一个或多个已存在网络之上的虚拟网络，即在IPV4底层网络的基础上通过节点之间单播机制将主机两两相连，形成一个虚拟、独立的网络，其上的节点是Ineternet的主机或服务器，节点间的数据传输通过Internet路径，其拥有自己的编制空间和虚拟路由算法。overlay网络是通过网络虚拟化技术，在同一张underlay网络上构建出一张或多张虚拟的逻辑网络。Overlay网络的业务与underlay网络中的物理组网与互联技术互相解耦。
eBPF map：是一个通用的数据结构存储不同类型的数据，提供了用户态和内核态数据交互、数据存储、多程序共享数据等功能。
云计算中租户在云上为虚拟机构建虚拟网络即overlay网络，实际数据传输依赖宿主机物理网络即underlay网络；发包过程中宿主机将虚拟机数据包根据规则通过gre或vxlan封装成underlay网络数据包并发送；收包中将underlay数据包进行gre或vxlan解包还原成overlay数据包，并根据规则转发给虚拟机。相关技术中，主要存在以下几种实现方案：
1、通过在宿主机上创建专门的设备来封装和解封装隧道数据流，实现数据流在underlay和overlay之间交换。但每个设备指封装/解封装一个VPC对应隧道的数据量，而公共服务支持成千上万个VPC，使得每个公共服务宿主机上需要创建众多的隧道设备，占用宿主机大量资源。
2、创建独立的协议栈，在协议栈中动态管理各个VPC的隧道信息，根据这些信息封装和解封数据流，实现数据流在underlay网络与overlay网络之间动态转换，对于公共服务而言，单独创建一套协议栈的开发难度较大，维护成本较高。
3、由交换内核执行虚拟机数据包的封装和转发的逻辑，从而实现overlay网络和underlay网络映射过程，在内核开发KO模块，利用KO模块进行转换，当KO模块出现故障会影响整个系统崩溃，需要重启系统，影响业务的正常运行。
基于上述技术问题，本公开的实施例提供了基于eBPF的虚拟机数据传输方法，应用于发送端宿主机，所述发送端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，包括：响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。
图1示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法、装置、设备、介质和程序产品的应用场景图。
如图1所示，根据该实施例的应用场景100可以包括虚拟机数据传输的场景。网络104用以在第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103中的至少一个通过网络104与服务器105交互，以接收或发送消息等。第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。
第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。
服务器105可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103所浏览的网站提供支持的后台管理服务器(仅为示例)。后台管理服务器可以对接收到的用户请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如根据用户请求获取或生成的网页、信息、或数据等)反馈给终端设备。
需要说明的是，本公开实施例所提供的基于eBPF的虚拟机数据传输方法一般可以由服务器105执行。相应地，本公开实施例所提供的基于eBPF的虚拟机数据传输装置一般可以设置于服务器105中。本公开实施例所提供的基于eBPF的虚拟机数据传输方法也可以由不同于服务器105且能够与第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本公开实施例所提供的基于eBPF的虚拟机数据传输装置也可以设置于不同于服务器105且能够与第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群中。
应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。
以下将基于图1描述的场景，通过图2～图6对公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法进行详细描述。
图2示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法的流程图。
如图2所示，该实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输方法包括操作S210～操作S250。结合图2从数据的发送端介绍本公开实施例的方法，发送端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，其中，所述路由信息包括宿主机虚拟设备与虚拟网络ID映射信息和虚拟机与宿主机的映射信息。
本公开实施例中的虚拟机是虚拟设备，其所在网络为虚拟网络，本公开实施例中数据包的出方向是虚拟机到物理设备，然后由物理设备去发数据包。
eBPF是一套通用执行引擎，提供了可基于系统或程序事件高效安全执行特定代码的通用能力；一个完整的eBPF程序包含用户态部分和内核态部分；内核态程序通过LLVM编译成字节码，并需要通过Verifier验证以保证字节码在内核运行时不会导致内核异常；用户态程序通过bpf系统调用将字节码加载进内核hook点；当内核特定事件发生时字节码被调用执行；用户态程序通过ebpfmaps与内核字节码交互。在进行操作S210之前，将所述路由信息编译成内核字节码装载进内核hook点中，其中所述用户态程序通过ebpf maps与内核字节码交互。具体的，ebpf用户态程序将overlay网络信息：虚拟机IP，物理地址信息，宿主机虚拟设备信息，虚拟网络ID信息，虚拟机和宿主机映射关系，宿主机虚拟设备和虚拟网络ID映射信息等路由信息等写入ebpf maps；由内核态编译成eBPF字节码。
在操作S210，响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包。
根据本公开的实施例，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈。
一个示例中，ebpf字节码hook linux流量控制器，当数据包进入宿主机网络协议栈(neif_receive_skb)时ebpf字节码被触发执行，对虚拟机数据包进行拦截。由于在协议栈入口点把数据包截获进行处理，不需要协议栈后面的点数据包，因此数据包并不进入网络协议栈，数据包转发更加快速。
在操作S220，解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息。
根据本公开的实施例，所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址。
一个示例中，解析skb数据包获取该数据包的目的虚拟机物理地址和IP地址，这些信息可以从overlay 12packet中获取，确定该虚拟机数据包要发往哪台虚拟机。
在操作S230，根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息。
一个示例中，由于虚拟机之间的数据交互实际上是通过其宿主机之间完成，因此在确定目的虚拟机之后，需要根据操作S220获取到的目的虚拟机地址信息和预先配置的路由信息进一步确定目的虚拟机对应的目的宿主机的IP地址信息和虚拟网络ID信息，由于一个宿主机上有多个虚拟机，这些虚拟机构成一个或多个虚拟网络，虚拟网络ID信息用于表征该虚拟机属于哪个虚拟网络。具体过程可参见图3所示的操作S231。
在操作S240，对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包。
一个示例中，在确定虚拟机数据包(overlay数据包)要发往的目的宿主机之后，需要对虚拟机数据包进行封装生成宿主机数据包(underlay数据包)，以实现overlay网络到underlay网络的映射。具体的，对overlay数据包进行gre或vxlan封装构造underlay数据包；此处封装构造采用标准协议。具体的封装过程可参见图4所示的操作S241和操作S242。
在操作S250，将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。
一个示例中，将封装好的宿主机数据包根据路由信息路由至目的宿主机中，本公开实施例中的路由过程可参见图5所示的操作S251和操作S252。
根据本公开的实施例提供的基于ebpf的虚拟机数据传输方法，通过预先配置虚拟网络与物理网络的路由信息，当数据包进行宿主机网络协议栈时，触发执行eBPF字节码执行对数据包完成转换转发的处理逻辑，根据虚拟数据包的目的IP和路由信息确定虚拟数据包要发往哪个物理机，以实现overlay网络和underlay网络的映射。相较于现有技术中通过交换内核转发数据包，本公开实施例通过ebpf在内核注册hook点实现对网络数据包的转换和转发，更具稳定性和安全性。数据包并不进入网络协议栈，数据包转发更加快速。
图3示意性示出了根据本公开实施例的根据目的虚拟机地址信息和路由信息确定目的宿主机地址信息的方法的流程图。
如图3所示，操作S230包括操作S221。
在操作S231，根据所述目的虚拟机的物理地址和IP地址查询eBPF maps中的路由信息，以获取所述目的虚拟机所对应的宿主机IP地址信息和虚拟网络ID信息。
一个示例中，eBPF用户态程序预先将路由信息写入eBPF maps中，从eBPF maps中获取虚拟机与宿主机的对应关系，根据目的虚拟机的物理地址和IP地址和虚拟机与宿主机的对应关系确定目的虚拟机所对应的目的宿主机的地址信息，包括目的宿主机的IP地址信息和虚拟网络ID信息。
图4示意性示出了根据本公开实施例的对虚拟机数据包的封装过程的流程图。如图4所示，操作S240包括操作S241～操作S242。
在操作S241，根据所述目的宿主机IP地址信息调用eBPF helper函数查询当前宿主机路由表，以获取所述虚拟机数据包的源IP地址、源物理地址和下一跳设备的物理地址。
在操作S242，将所述目的宿主机IP地址信息、虚拟网络ID信息、虚拟机数据包源IP地址、源物理地址和所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包。
一个示例中，对overlay数据包进行gre或vxlan封装构造underlay数据包。以vxlan为例，宿主机数据包如下表所示：
其中，gw_mac为underlay的目的物理地址，egress_host_mac为出去端口的物理地址，dst_host_ip为查询映射信息得到的对端物理设备的ip，src_host_ip为宿主机的本地ip，udp header为upd的头信息，overlay network id为虚拟网络id信息，overlay l2packet为虚拟机发出来的原封不动的数据包。
根据所述目的宿主机IP地址信息调用eBPF helper函数查询当前宿主机路由表，以获取上述信息。根据获取到的信息对虚拟机数据包(overlay数据包)进行vxlan封装以生成宿主机数据包(underlay数据包)。
图5示意性示出了根据本公开实施例的对宿主机数据包转发至目的宿主机的过程的流程图。如图5所示，操作S250包括操作S251和操作S252。
在操作S251，根据所述目的宿主机IP地址信息和当前宿主机路由表确定下一跳设备的物理地址。
在操作S252，将所述宿主机数据包转发至宿主机出口设备接口，以路由下一跳物理设备。
一个示例中，对宿主机数据包转发的过程：先查路由表，然后查邻居表，这样可以确定封装后的宿主机数据包是从物理设备的哪个网口出去。由于源宿主机和目的宿主机可能会经过多次转发，即源宿主机和目的宿主机之间存在多跳物理设备，因此Overlay数据包会在宿主机上到了host上面会再做一次封装，给它加上物理的目的地址和源地址，这个数据要发出去也需要查一次路由，获取下一跳物理设备的地址信息，看下一跳是网关还是其他物理设备，经过多次路由最终转发至目的宿主机中。本公开实施例的数据包转发的过程与传统数据包路由过程相似，在此不再赘述。
图2～图5描述了数据发送端宿主机对数据包的处理过程，下面结合图6介绍数据接收端宿主机对接收到的数据包的处理过程。
图6示意性示出了根据本公开实施例的另一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法的流程图，应用于接收端宿主机，所述接收端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络到物理网络的路由信息。如图6所示，包括操作S310～操作S340。
在操作S310，当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息。
在操作S320，解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址。
在操作S330，根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息。
在操作S340，将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
一个示例中，本公开实施例中的接收端和发送端是相对的概念，任一宿主机既可以是发送端，也可以是接收端。当underlay网络数据包进入宿主机物理网络设备，ebpf字节码被触发，执行数据包接封装的处理逻辑。对skb数据包进行gre或vxlan解包获取到overlay数据包以及虚拟网络id信息；解析overlay数据包获取虚拟机目的mac和ip地址信息；根据虚拟机目的mac地址和ip地址及虚拟网络id查找ebpfmaps获取虚拟机mac及宿主机对应虚拟设备接口信息；调用ebpf helper函数将overlay数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
基于上述基于eBPF的虚拟机数据传输方法，本公开还提供了一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置。以下将结合图7a和图7b对该装置进行详细描述。
图7a示意性示出了根据本公开实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输装置的结构框图，图7b示意性示出了根据本公开实施例的另一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置的结构框图。
如图7a所示，该实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输装置700包括数据包拦截模块710、数据包解析模块720、映射模块730、数据包封装模块740和路由模块750。
数据包拦截模块710用于响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈。在一实施例中，数据包拦截模块710可以用于执行前文描述的操作S210，在此不再赘述。
数据包解析模块720用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址。在一实施例中，数据包解析模块720可以用于执行前文描述的操作S220，在此不再赘述。
映射模块730用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息。在一实施例中，映射模块730可以用于执行前文描述的操作S230，在此不再赘述。
数据包封装模块740用于对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包。在一实施例中，数据包封装模块740可以用于执行前文描述的操作S240，在此不再赘述。
路由模块750用于将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中。在一实施例中，路由模块750可以用于执行前文描述的操作S250，在此不再赘述。
根据本公开的实施例，数据包拦截模块710、数据包解析模块720、映射模块730、数据包封装模块740和路由模块750中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，数据包拦截模块710、数据包解析模块720、映射模块730、数据包封装模块740和路由模块750中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，数据包拦截模块710、数据包解析模块720、映射模块730、数据包封装模块740和路由模块750中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
如图7b所示，该实施例的基于eBPF的虚拟机数据传输装置800包括解封装模块810、获取模块820、确定模块830和转发模块840。
解封装模块810用于当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息。在一实施例中，解封装模块810可以用于执行前文描述的操作S310，在此不再赘述。
获取模块820用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址。在一实施例中，获取模块820可以用于执行前文描述的操作S320，在此不再赘述。
确定模块830用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息。在一实施例中，确定模块830可以用于执行前文描述的操作S330，在此不再赘述。
转发模块840用于将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。在一实施例中，转发模块840可以用于执行前文描述的操作S250，在此不再赘述。
根据本公开的实施例，接封装模块810、获取模块820、确定模块830和转发模块840中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，接封装模块810、获取模块820、确定模块830和转发模块840中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，接封装模块810、获取模块820、确定模块830和转发模块840中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现基于eBPF的虚拟机数据传输方法的电子设备的方框图。
如图8所示，根据本公开实施例的电子设备900包括处理器901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的程序或者从存储部分908加载到随机访问存储器(RAM)903中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器901例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))等等。处理器901还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器901可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 903中，存储有电子设备900操作所需的各种程序和数据。处理器901、ROM902以及RAM 903通过总线904彼此相连。处理器901通过执行ROM 902和/或RAM 903中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 902和RAM 903以外的一个或多个存储器中。处理器901也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。
根据本公开的实施例，电子设备900还可以包括输入/输出(I/O)接口905，输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。电子设备900还可以包括连接至I/O接口905的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分906；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分907；包括硬盘等的存储部分908；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分909。通信部分909经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器910也根据需要连接至I/O接口905。可拆卸介质911，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器910上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分908。
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 902和/或RAM 903和/或ROM 902和RAM 903以外的一个或多个存储器。
本公开的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本公开实施例所提供的基于eBPF的虚拟机数据传输方法。
在该计算机程序被处理器901执行时执行本公开实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分909被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分909从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质911被安装。在该计算机程序被处理器901执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
根据本公开的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，python，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于eBPF的虚拟机数据传输方法，应用于发送端宿主机和接收端宿主机，所述发送端宿主机和所述接收端宿主机设置有扩展的伯克利包过滤器eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，其特征在于，包括：
响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；
解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；
对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；
将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中；
当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息；
解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息；
将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息包括：
根据所述目的虚拟机的物理地址和IP地址查询扩展的伯克利包过滤器映射eBPF maps中的路由信息，以获取所述目的虚拟机所对应的宿主机IP地址信息和虚拟网络ID信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包包括：
根据所述目的宿主机IP地址信息调用扩展的伯克利包过滤器辅助函数eBPF helper函数查询当前宿主机路由表，以获取所述虚拟机数据包的源IP地址、源物理地址和下一跳设备的物理地址；
将所述目的宿主机IP地址信息、虚拟网络ID信息、虚拟机数据包源IP地址、源物理地址和所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中包括：
根据所述目的宿主机IP地址信息和当前宿主机路由表确定下一跳设备的物理地址；
将所述宿主机数据包转发至宿主机出口设备接口，以路由下一跳物理设备。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述路由信息包括宿主机虚拟设备与虚拟网络ID映射信息和虚拟机与宿主机的映射信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述eBPF程序包括用户态程序和内核态程序，在执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包之前，还包括：
将所述路由信息编译成内核字节码装载进内核挂载点hook点中，其中所述用户态程序通过ebpfmaps与内核字节码交互。
7.一种基于eBPF的虚拟机数据传输装置，设置于发送端宿主机和接收端宿主机，所述发送端宿主机和所述接收端宿主机设置有eBPF程序，所述eBPF程序预先配置有虚拟网络与物理网络的路由信息，其特征在于，包括：
数据包拦截模块，用于响应于钩子函数触发事件，执行eBPF字节码拦截虚拟机数据包，其中，所述钩子函数触发事件为所述虚拟机数据包进入宿主机网络协议栈；
数据包解析模块，用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
映射模块，用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述路由信息确定目的虚拟机对应的目的宿主机IP地址信息以及虚拟网络ID信息；
数据包封装模块，用于对所述虚拟机数据包进行封装，以生成宿主机数据包；
路由模块，用于将所述宿主机数据包路由至目的宿主机中；
解封装模块，用于当接收到宿主机数据包后，执行eBPF字节码对所述宿主机数据包进行解封装，以获取虚拟数据包和虚拟网络ID信息；
获取模块，用于解析所述虚拟机数据包，以获取目的虚拟机地址信息，其中所述目的虚拟机地址信息包括目的虚拟机的物理地址和IP地址；
确定模块，用于根据所述目的虚拟机地址信息和所述虚拟网络ID信息确定宿主机对应虚拟设备接口信息；
转发模块，用于将所述虚拟机数据包转发至宿主机虚拟设备接口。
8.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1～5中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1～5中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1～5中任一项所述的方法。
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