00ac7b79cddb47c11a23117692ad48d53ae90d40
[platform/kernel/linux-rpi.git] / scripts / bpf_doc.py
1 #!/usr/bin/env python3
2 # SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
3 #
4 # Copyright (C) 2018-2019 Netronome Systems, Inc.
5 # Copyright (C) 2021 Isovalent, Inc.
6
7 # In case user attempts to run with Python 2.
8 from __future__ import print_function
9
10 import argparse
11 import re
12 import sys, os
13
14 class NoHelperFound(BaseException):
15     pass
16
17 class NoSyscallCommandFound(BaseException):
18     pass
19
20 class ParsingError(BaseException):
21     def __init__(self, line='<line not provided>', reader=None):
22         if reader:
23             BaseException.__init__(self,
24                                    'Error at file offset %d, parsing line: %s' %
25                                    (reader.tell(), line))
26         else:
27             BaseException.__init__(self, 'Error parsing line: %s' % line)
28
29
30 class APIElement(object):
31     """
32     An object representing the description of an aspect of the eBPF API.
33     @proto: prototype of the API symbol
34     @desc: textual description of the symbol
35     @ret: (optional) description of any associated return value
36     """
37     def __init__(self, proto='', desc='', ret=''):
38         self.proto = proto
39         self.desc = desc
40         self.ret = ret
41
42
43 class Helper(APIElement):
44     """
45     An object representing the description of an eBPF helper function.
46     @proto: function prototype of the helper function
47     @desc: textual description of the helper function
48     @ret: description of the return value of the helper function
49     """
50     def proto_break_down(self):
51         """
52         Break down helper function protocol into smaller chunks: return type,
53         name, distincts arguments.
54         """
55         arg_re = re.compile('((\w+ )*?(\w+|...))( (\**)(\w+))?$')
56         res = {}
57         proto_re = re.compile('(.+) (\**)(\w+)\(((([^,]+)(, )?){1,5})\)$')
58
59         capture = proto_re.match(self.proto)
60         res['ret_type'] = capture.group(1)
61         res['ret_star'] = capture.group(2)
62         res['name']     = capture.group(3)
63         res['args'] = []
64
65         args    = capture.group(4).split(', ')
66         for a in args:
67             capture = arg_re.match(a)
68             res['args'].append({
69                 'type' : capture.group(1),
70                 'star' : capture.group(5),
71                 'name' : capture.group(6)
72             })
73
74         return res
75
76
77 class HeaderParser(object):
78     """
79     An object used to parse a file in order to extract the documentation of a
80     list of eBPF helper functions. All the helpers that can be retrieved are
81     stored as Helper object, in the self.helpers() array.
82     @filename: name of file to parse, usually include/uapi/linux/bpf.h in the
83                kernel tree
84     """
85     def __init__(self, filename):
86         self.reader = open(filename, 'r')
87         self.line = ''
88         self.helpers = []
89         self.commands = []
90
91     def parse_element(self):
92         proto    = self.parse_symbol()
93         desc     = self.parse_desc()
94         ret      = self.parse_ret()
95         return APIElement(proto=proto, desc=desc, ret=ret)
96
97     def parse_helper(self):
98         proto    = self.parse_proto()
99         desc     = self.parse_desc()
100         ret      = self.parse_ret()
101         return Helper(proto=proto, desc=desc, ret=ret)
102
103     def parse_symbol(self):
104         p = re.compile(' \* ?(.+)$')
105         capture = p.match(self.line)
106         if not capture:
107             raise NoSyscallCommandFound
108         end_re = re.compile(' \* ?NOTES$')
109         end = end_re.match(self.line)
110         if end:
111             raise NoSyscallCommandFound
112         self.line = self.reader.readline()
113         return capture.group(1)
114
115     def parse_proto(self):
116         # Argument can be of shape:
117         #   - "void"
118         #   - "type  name"
119         #   - "type *name"
120         #   - Same as above, with "const" and/or "struct" in front of type
121         #   - "..." (undefined number of arguments, for bpf_trace_printk())
122         # There is at least one term ("void"), and at most five arguments.
123         p = re.compile(' \* ?((.+) \**\w+\((((const )?(struct )?(\w+|\.\.\.)( \**\w+)?)(, )?){1,5}\))$')
124         capture = p.match(self.line)
125         if not capture:
126             raise NoHelperFound
127         self.line = self.reader.readline()
128         return capture.group(1)
129
130     def parse_desc(self):
131         p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})Description$')
132         capture = p.match(self.line)
133         if not capture:
134             # Helper can have empty description and we might be parsing another
135             # attribute: return but do not consume.
136             return ''
137         # Description can be several lines, some of them possibly empty, and it
138         # stops when another subsection title is met.
139         desc = ''
140         while True:
141             self.line = self.reader.readline()
142             if self.line == ' *\n':
143                 desc += '\n'
144             else:
145                 p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})(?:\t| {8})(.*)')
146                 capture = p.match(self.line)
147                 if capture:
148                     desc += capture.group(1) + '\n'
149                 else:
150                     break
151         return desc
152
153     def parse_ret(self):
154         p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})Return$')
155         capture = p.match(self.line)
156         if not capture:
157             # Helper can have empty retval and we might be parsing another
158             # attribute: return but do not consume.
159             return ''
160         # Return value description can be several lines, some of them possibly
161         # empty, and it stops when another subsection title is met.
162         ret = ''
163         while True:
164             self.line = self.reader.readline()
165             if self.line == ' *\n':
166                 ret += '\n'
167             else:
168                 p = re.compile(' \* ?(?:\t| {5,8})(?:\t| {8})(.*)')
169                 capture = p.match(self.line)
170                 if capture:
171                     ret += capture.group(1) + '\n'
172                 else:
173                     break
174         return ret
175
176     def seek_to(self, target, help_message):
177         self.reader.seek(0)
178         offset = self.reader.read().find(target)
179         if offset == -1:
180             raise Exception(help_message)
181         self.reader.seek(offset)
182         self.reader.readline()
183         self.reader.readline()
184         self.line = self.reader.readline()
185
186     def parse_syscall(self):
187         self.seek_to('* DOC: eBPF Syscall Commands',
188                      'Could not find start of eBPF syscall descriptions list')
189         while True:
190             try:
191                 command = self.parse_element()
192                 self.commands.append(command)
193             except NoSyscallCommandFound:
194                 break
195
196     def parse_helpers(self):
197         self.seek_to('* Start of BPF helper function descriptions:',
198                      'Could not find start of eBPF helper descriptions list')
199         while True:
200             try:
201                 helper = self.parse_helper()
202                 self.helpers.append(helper)
203             except NoHelperFound:
204                 break
205
206     def run(self):
207         self.parse_syscall()
208         self.parse_helpers()
209         self.reader.close()
210
211 ###############################################################################
212
213 class Printer(object):
214     """
215     A generic class for printers. Printers should be created with an array of
216     Helper objects, and implement a way to print them in the desired fashion.
217     @parser: A HeaderParser with objects to print to standard output
218     """
219     def __init__(self, parser):
220         self.parser = parser
221         self.elements = []
222
223     def print_header(self):
224         pass
225
226     def print_footer(self):
227         pass
228
229     def print_one(self, helper):
230         pass
231
232     def print_all(self):
233         self.print_header()
234         for elem in self.elements:
235             self.print_one(elem)
236         self.print_footer()
237
238
239 class PrinterRST(Printer):
240     """
241     A generic class for printers that print ReStructured Text. Printers should
242     be created with a HeaderParser object, and implement a way to print API
243     elements in the desired fashion.
244     @parser: A HeaderParser with objects to print to standard output
245     """
246     def __init__(self, parser):
247         self.parser = parser
248
249     def print_license(self):
250         license = '''\
251 .. Copyright (C) All BPF authors and contributors from 2014 to present.
252 .. See git log include/uapi/linux/bpf.h in kernel tree for details.
253 .. 
254 .. %%%LICENSE_START(VERBATIM)
255 .. Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
256 .. manual provided the copyright notice and this permission notice are
257 .. preserved on all copies.
258 .. 
259 .. Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
260 .. manual under the conditions for verbatim copying, provided that the
261 .. entire resulting derived work is distributed under the terms of a
262 .. permission notice identical to this one.
263 .. 
264 .. Since the Linux kernel and libraries are constantly changing, this
265 .. manual page may be incorrect or out-of-date.  The author(s) assume no
266 .. responsibility for errors or omissions, or for damages resulting from
267 .. the use of the information contained herein.  The author(s) may not
268 .. have taken the same level of care in the production of this manual,
269 .. which is licensed free of charge, as they might when working
270 .. professionally.
271 .. 
272 .. Formatted or processed versions of this manual, if unaccompanied by
273 .. the source, must acknowledge the copyright and authors of this work.
274 .. %%%LICENSE_END
275 .. 
276 .. Please do not edit this file. It was generated from the documentation
277 .. located in file include/uapi/linux/bpf.h of the Linux kernel sources
278 .. (helpers description), and from scripts/bpf_doc.py in the same
279 .. repository (header and footer).
280 '''
281         print(license)
282
283     def print_elem(self, elem):
284         if (elem.desc):
285             print('\tDescription')
286             # Do not strip all newline characters: formatted code at the end of
287             # a section must be followed by a blank line.
288             for line in re.sub('\n$', '', elem.desc, count=1).split('\n'):
289                 print('{}{}'.format('\t\t' if line else '', line))
290
291         if (elem.ret):
292             print('\tReturn')
293             for line in elem.ret.rstrip().split('\n'):
294                 print('{}{}'.format('\t\t' if line else '', line))
295
296         print('')
297
298
299 class PrinterHelpersRST(PrinterRST):
300     """
301     A printer for dumping collected information about helpers as a ReStructured
302     Text page compatible with the rst2man program, which can be used to
303     generate a manual page for the helpers.
304     @parser: A HeaderParser with Helper objects to print to standard output
305     """
306     def __init__(self, parser):
307         self.elements = parser.helpers
308
309     def print_header(self):
310         header = '''\
311 ===========
312 BPF-HELPERS
313 ===========
314 -------------------------------------------------------------------------------
315 list of eBPF helper functions
316 -------------------------------------------------------------------------------
317
318 :Manual section: 7
319
320 DESCRIPTION
321 ===========
322
323 The extended Berkeley Packet Filter (eBPF) subsystem consists in programs
324 written in a pseudo-assembly language, then attached to one of the several
325 kernel hooks and run in reaction of specific events. This framework differs
326 from the older, "classic" BPF (or "cBPF") in several aspects, one of them being
327 the ability to call special functions (or "helpers") from within a program.
328 These functions are restricted to a white-list of helpers defined in the
329 kernel.
330
331 These helpers are used by eBPF programs to interact with the system, or with
332 the context in which they work. For instance, they can be used to print
333 debugging messages, to get the time since the system was booted, to interact
334 with eBPF maps, or to manipulate network packets. Since there are several eBPF
335 program types, and that they do not run in the same context, each program type
336 can only call a subset of those helpers.
337
338 Due to eBPF conventions, a helper can not have more than five arguments.
339
340 Internally, eBPF programs call directly into the compiled helper functions
341 without requiring any foreign-function interface. As a result, calling helpers
342 introduces no overhead, thus offering excellent performance.
343
344 This document is an attempt to list and document the helpers available to eBPF
345 developers. They are sorted by chronological order (the oldest helpers in the
346 kernel at the top).
347
348 HELPERS
349 =======
350 '''
351         PrinterRST.print_license(self)
352         print(header)
353
354     def print_footer(self):
355         footer = '''
356 EXAMPLES
357 ========
358
359 Example usage for most of the eBPF helpers listed in this manual page are
360 available within the Linux kernel sources, at the following locations:
361
362 * *samples/bpf/*
363 * *tools/testing/selftests/bpf/*
364
365 LICENSE
366 =======
367
368 eBPF programs can have an associated license, passed along with the bytecode
369 instructions to the kernel when the programs are loaded. The format for that
370 string is identical to the one in use for kernel modules (Dual licenses, such
371 as "Dual BSD/GPL", may be used). Some helper functions are only accessible to
372 programs that are compatible with the GNU Privacy License (GPL).
373
374 In order to use such helpers, the eBPF program must be loaded with the correct
375 license string passed (via **attr**) to the **bpf**\ () system call, and this
376 generally translates into the C source code of the program containing a line
377 similar to the following:
378
379 ::
380
381         char ____license[] __attribute__((section("license"), used)) = "GPL";
382
383 IMPLEMENTATION
384 ==============
385
386 This manual page is an effort to document the existing eBPF helper functions.
387 But as of this writing, the BPF sub-system is under heavy development. New eBPF
388 program or map types are added, along with new helper functions. Some helpers
389 are occasionally made available for additional program types. So in spite of
390 the efforts of the community, this page might not be up-to-date. If you want to
391 check by yourself what helper functions exist in your kernel, or what types of
392 programs they can support, here are some files among the kernel tree that you
393 may be interested in:
394
395 * *include/uapi/linux/bpf.h* is the main BPF header. It contains the full list
396   of all helper functions, as well as many other BPF definitions including most
397   of the flags, structs or constants used by the helpers.
398 * *net/core/filter.c* contains the definition of most network-related helper
399   functions, and the list of program types from which they can be used.
400 * *kernel/trace/bpf_trace.c* is the equivalent for most tracing program-related
401   helpers.
402 * *kernel/bpf/verifier.c* contains the functions used to check that valid types
403   of eBPF maps are used with a given helper function.
404 * *kernel/bpf/* directory contains other files in which additional helpers are
405   defined (for cgroups, sockmaps, etc.).
406 * The bpftool utility can be used to probe the availability of helper functions
407   on the system (as well as supported program and map types, and a number of
408   other parameters). To do so, run **bpftool feature probe** (see
409   **bpftool-feature**\ (8) for details). Add the **unprivileged** keyword to
410   list features available to unprivileged users.
411
412 Compatibility between helper functions and program types can generally be found
413 in the files where helper functions are defined. Look for the **struct
414 bpf_func_proto** objects and for functions returning them: these functions
415 contain a list of helpers that a given program type can call. Note that the
416 **default:** label of the **switch ... case** used to filter helpers can call
417 other functions, themselves allowing access to additional helpers. The
418 requirement for GPL license is also in those **struct bpf_func_proto**.
419
420 Compatibility between helper functions and map types can be found in the
421 **check_map_func_compatibility**\ () function in file *kernel/bpf/verifier.c*.
422
423 Helper functions that invalidate the checks on **data** and **data_end**
424 pointers for network processing are listed in function
425 **bpf_helper_changes_pkt_data**\ () in file *net/core/filter.c*.
426
427 SEE ALSO
428 ========
429
430 **bpf**\ (2),
431 **bpftool**\ (8),
432 **cgroups**\ (7),
433 **ip**\ (8),
434 **perf_event_open**\ (2),
435 **sendmsg**\ (2),
436 **socket**\ (7),
437 **tc-bpf**\ (8)'''
438         print(footer)
439
440     def print_proto(self, helper):
441         """
442         Format function protocol with bold and italics markers. This makes RST
443         file less readable, but gives nice results in the manual page.
444         """
445         proto = helper.proto_break_down()
446
447         print('**%s %s%s(' % (proto['ret_type'],
448                               proto['ret_star'].replace('*', '\\*'),
449                               proto['name']),
450               end='')
451
452         comma = ''
453         for a in proto['args']:
454             one_arg = '{}{}'.format(comma, a['type'])
455             if a['name']:
456                 if a['star']:
457                     one_arg += ' {}**\ '.format(a['star'].replace('*', '\\*'))
458                 else:
459                     one_arg += '** '
460                 one_arg += '*{}*\\ **'.format(a['name'])
461             comma = ', '
462             print(one_arg, end='')
463
464         print(')**')
465
466     def print_one(self, helper):
467         self.print_proto(helper)
468         self.print_elem(helper)
469
470
471 class PrinterSyscallRST(PrinterRST):
472     """
473     A printer for dumping collected information about the syscall API as a
474     ReStructured Text page compatible with the rst2man program, which can be
475     used to generate a manual page for the syscall.
476     @parser: A HeaderParser with APIElement objects to print to standard
477              output
478     """
479     def __init__(self, parser):
480         self.elements = parser.commands
481
482     def print_header(self):
483         header = '''\
484 ===
485 bpf
486 ===
487 -------------------------------------------------------------------------------
488 Perform a command on an extended BPF object
489 -------------------------------------------------------------------------------
490
491 :Manual section: 2
492
493 COMMANDS
494 ========
495 '''
496         PrinterRST.print_license(self)
497         print(header)
498
499     def print_one(self, command):
500         print('**%s**' % (command.proto))
501         self.print_elem(command)
502
503
504 class PrinterHelpers(Printer):
505     """
506     A printer for dumping collected information about helpers as C header to
507     be included from BPF program.
508     @parser: A HeaderParser with Helper objects to print to standard output
509     """
510     def __init__(self, parser):
511         self.elements = parser.helpers
512
513     type_fwds = [
514             'struct bpf_fib_lookup',
515             'struct bpf_sk_lookup',
516             'struct bpf_perf_event_data',
517             'struct bpf_perf_event_value',
518             'struct bpf_pidns_info',
519             'struct bpf_redir_neigh',
520             'struct bpf_sock',
521             'struct bpf_sock_addr',
522             'struct bpf_sock_ops',
523             'struct bpf_sock_tuple',
524             'struct bpf_spin_lock',
525             'struct bpf_sysctl',
526             'struct bpf_tcp_sock',
527             'struct bpf_tunnel_key',
528             'struct bpf_xfrm_state',
529             'struct linux_binprm',
530             'struct pt_regs',
531             'struct sk_reuseport_md',
532             'struct sockaddr',
533             'struct tcphdr',
534             'struct seq_file',
535             'struct tcp6_sock',
536             'struct tcp_sock',
537             'struct tcp_timewait_sock',
538             'struct tcp_request_sock',
539             'struct udp6_sock',
540             'struct task_struct',
541
542             'struct __sk_buff',
543             'struct sk_msg_md',
544             'struct xdp_md',
545             'struct path',
546             'struct btf_ptr',
547             'struct inode',
548             'struct socket',
549             'struct file',
550             'struct bpf_timer',
551     ]
552     known_types = {
553             '...',
554             'void',
555             'const void',
556             'char',
557             'const char',
558             'int',
559             'long',
560             'unsigned long',
561
562             '__be16',
563             '__be32',
564             '__wsum',
565
566             'struct bpf_fib_lookup',
567             'struct bpf_perf_event_data',
568             'struct bpf_perf_event_value',
569             'struct bpf_pidns_info',
570             'struct bpf_redir_neigh',
571             'struct bpf_sk_lookup',
572             'struct bpf_sock',
573             'struct bpf_sock_addr',
574             'struct bpf_sock_ops',
575             'struct bpf_sock_tuple',
576             'struct bpf_spin_lock',
577             'struct bpf_sysctl',
578             'struct bpf_tcp_sock',
579             'struct bpf_tunnel_key',
580             'struct bpf_xfrm_state',
581             'struct linux_binprm',
582             'struct pt_regs',
583             'struct sk_reuseport_md',
584             'struct sockaddr',
585             'struct tcphdr',
586             'struct seq_file',
587             'struct tcp6_sock',
588             'struct tcp_sock',
589             'struct tcp_timewait_sock',
590             'struct tcp_request_sock',
591             'struct udp6_sock',
592             'struct task_struct',
593             'struct path',
594             'struct btf_ptr',
595             'struct inode',
596             'struct socket',
597             'struct file',
598             'struct bpf_timer',
599     }
600     mapped_types = {
601             'u8': '__u8',
602             'u16': '__u16',
603             'u32': '__u32',
604             'u64': '__u64',
605             's8': '__s8',
606             's16': '__s16',
607             's32': '__s32',
608             's64': '__s64',
609             'size_t': 'unsigned long',
610             'struct bpf_map': 'void',
611             'struct sk_buff': 'struct __sk_buff',
612             'const struct sk_buff': 'const struct __sk_buff',
613             'struct sk_msg_buff': 'struct sk_msg_md',
614             'struct xdp_buff': 'struct xdp_md',
615     }
616     # Helpers overloaded for different context types.
617     overloaded_helpers = [
618         'bpf_get_socket_cookie',
619         'bpf_sk_assign',
620     ]
621
622     def print_header(self):
623         header = '''\
624 /* This is auto-generated file. See bpf_doc.py for details. */
625
626 /* Forward declarations of BPF structs */'''
627
628         print(header)
629         for fwd in self.type_fwds:
630             print('%s;' % fwd)
631         print('')
632
633     def print_footer(self):
634         footer = ''
635         print(footer)
636
637     def map_type(self, t):
638         if t in self.known_types:
639             return t
640         if t in self.mapped_types:
641             return self.mapped_types[t]
642         print("Unrecognized type '%s', please add it to known types!" % t,
643               file=sys.stderr)
644         sys.exit(1)
645
646     seen_helpers = set()
647
648     def print_one(self, helper):
649         proto = helper.proto_break_down()
650
651         if proto['name'] in self.seen_helpers:
652             return
653         self.seen_helpers.add(proto['name'])
654
655         print('/*')
656         print(" * %s" % proto['name'])
657         print(" *")
658         if (helper.desc):
659             # Do not strip all newline characters: formatted code at the end of
660             # a section must be followed by a blank line.
661             for line in re.sub('\n$', '', helper.desc, count=1).split('\n'):
662                 print(' *{}{}'.format(' \t' if line else '', line))
663
664         if (helper.ret):
665             print(' *')
666             print(' * Returns')
667             for line in helper.ret.rstrip().split('\n'):
668                 print(' *{}{}'.format(' \t' if line else '', line))
669
670         print(' */')
671         print('static %s %s(*%s)(' % (self.map_type(proto['ret_type']),
672                                       proto['ret_star'], proto['name']), end='')
673         comma = ''
674         for i, a in enumerate(proto['args']):
675             t = a['type']
676             n = a['name']
677             if proto['name'] in self.overloaded_helpers and i == 0:
678                     t = 'void'
679                     n = 'ctx'
680             one_arg = '{}{}'.format(comma, self.map_type(t))
681             if n:
682                 if a['star']:
683                     one_arg += ' {}'.format(a['star'])
684                 else:
685                     one_arg += ' '
686                 one_arg += '{}'.format(n)
687             comma = ', '
688             print(one_arg, end='')
689
690         print(') = (void *) %d;' % len(self.seen_helpers))
691         print('')
692
693 ###############################################################################
694
695 # If script is launched from scripts/ from kernel tree and can access
696 # ../include/uapi/linux/bpf.h, use it as a default name for the file to parse,
697 # otherwise the --filename argument will be required from the command line.
698 script = os.path.abspath(sys.argv[0])
699 linuxRoot = os.path.dirname(os.path.dirname(script))
700 bpfh = os.path.join(linuxRoot, 'include/uapi/linux/bpf.h')
701
702 printers = {
703         'helpers': PrinterHelpersRST,
704         'syscall': PrinterSyscallRST,
705 }
706
707 argParser = argparse.ArgumentParser(description="""
708 Parse eBPF header file and generate documentation for the eBPF API.
709 The RST-formatted output produced can be turned into a manual page with the
710 rst2man utility.
711 """)
712 argParser.add_argument('--header', action='store_true',
713                        help='generate C header file')
714 if (os.path.isfile(bpfh)):
715     argParser.add_argument('--filename', help='path to include/uapi/linux/bpf.h',
716                            default=bpfh)
717 else:
718     argParser.add_argument('--filename', help='path to include/uapi/linux/bpf.h')
719 argParser.add_argument('target', nargs='?', default='helpers',
720                        choices=printers.keys(), help='eBPF API target')
721 args = argParser.parse_args()
722
723 # Parse file.
724 headerParser = HeaderParser(args.filename)
725 headerParser.run()
726
727 # Print formatted output to standard output.
728 if args.header:
729     if args.target != 'helpers':
730         raise NotImplementedError('Only helpers header generation is supported')
731     printer = PrinterHelpers(headerParser)
732 else:
733     printer = printers[args.target](headerParser)
734 printer.print_all()