如何正确执行bpftool struct_ops register命令及环境搭建咨询

问题翻译 #

我在Linux主线版本（commit 2d1bcbc6cd70）中编译了bpftool与BPF自测套件，但在Ubuntu 22.04客户机系统执行bpftool struct_ops register bpf_cubic.bpf.o命令时失败，报错信息为：

libbpf: struct_ops init_kern: struct tcp_congestion_ops data is not found in struct bpf_struct_ops_tcp_congestion_ops
libbpf: failed to load object 'bpf_cubic.bpf.o'

编译内核与BPF的宿主机系统为Ubuntu 23.04。此外，我希望了解可成功运行bpftool struct_ops register xxx.o命令的环境配置（含OS版本示例、内核.config示例）。我已执行bpftool btf dump file /sys/kernel/btf/vmlinux命令，得到bpf_struct_ops_tcp_congestion_ops的结构信息如下：

[64291] STRUCT 'bpf_struct_ops_tcp_congestion_ops' size=256 vlen=3
        'refcnt' type_id=298 bits_offset=0
        'state' type_id=64117 bits_offset=32
        'data' type_id=63569 bits_offset=512

问题原因分析 #

核心问题是宿主机编译的BPF目标文件与客户机内核的BTF结构不匹配：

• 你在Ubuntu23.04宿主机编译的bpf_cubic.bpf.o，依赖的是主线内核（commit 2d1bcbc6cd70）中bpf_struct_ops_tcp_congestion_ops的结构定义，其中包含与tcp_congestion_ops的字段映射关系。
• 但Ubuntu22.04客户机默认内核（5.15版本）的bpf_struct_ops_tcp_congestion_ops结构，与编译时依赖的主线内核结构不一致。从你提供的客户机BTF信息看，data字段的类型ID与宿主机编译时预期的tcp_congestion_ops结构不匹配，导致libbpf加载失败。

解决方法 #

1. 统一内核版本

在Ubuntu22.04客户机上安装与编译BPF程序时相同的主线内核（commit 2d1bcbc6cd70）：

• 下载该commit的内核源码，在Ubuntu22.04环境下编译安装（保留编译时的.config配置）
• 重启客户机切换到该内核后，再执行bpftool struct_ops register命令

2. 客户机本地编译BPF程序

直接在Ubuntu22.04客户机上编译bpftool和BPF自测套件：

• 安装编译依赖：sudo apt install build-essential libelf-dev zlib1g-dev flex bison
• 下载主线commit 2d1bcbc6cd70的内核源码，编译bpftool：cd tools/bpf/bpftool && make
• 编译BPF自测套件中的bpf_cubic.bpf.o：进入内核源码的tools/testing/selftests/bpf目录执行make

可成功运行的环境配置示例 #

OS版本示例

• 宿主机/客户机统一使用Ubuntu23.04（默认内核6.2，或自行编译主线commit 2d1bcbc6cd70）
• 或统一使用Ubuntu22.04 + 自行编译的主线内核（commit 2d1bcbc6cd70）

内核.config关键配置项

确保内核编译时开启以下BPF相关配置（必须项）：

# BPF基础支持
CONFIG_BPF=y
CONFIG_BPF_SYSCALL=y

# BPF Struct Ops支持
CONFIG_BPF_STRUCT_OPS=y
CONFIG_BPF_STRUCT_OPS_TCP_CONGESTION=y

# BTF支持（结构类型匹配必备）
CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=y
CONFIG_DEBUG_INFO=y

# 辅助配置
CONFIG_BPF_JIT=y
CONFIG_CGROUP_BPF=y
CONFIG_NET_CLS_BPF=y
CONFIG_NET_ACT_BPF=y

验证配置：编译内核后，执行zcat /proc/config.gz | grep -E "(BPF|BTF)"确认上述配置已开启。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zhouyi Zhou