eBPF 的发展演进 --- 从石器时代到成为神（五）

6.走向未来

未来 BPF 将如何发展呢？它已经具备图灵机的雏形，拥有巨大的计算能力潜能。它目前的计算能力仍然受到约束，但是已经足够改变现有应用开发的基础，必将引发应用的蓬勃发展，会衍生出开发工具、测试方法等等的发展，使业务逻辑的开发与 BPF 的开发统一在一个开发模型当中，甚至引发新的开发语言出现。当在应用领域中生根后，就会继续发芽壮大，需要吸收计算能力作为养料才能抽枝散叶。BPF 应用与 BPF 技术内涵的发展就像两面相对的镜子，相互映照，形成斑斓的德罗斯特效应图景。

随着近几年云计算、人工智能、智能设备的蓬勃发展，信息系统基础设施结构、设备类型、业务复杂度都迎来再一次的变革。

Linux 系统作为现今最为广泛使用的操作系统，其自身也在发展变化。初期，沿着原有的技术路线，通过量的积累，足以应对时代的演进，这一点从代码增长就可以看出来，其背后是 Linux 支持的设备、驱动、特性、机制也来越多。产品构型也越来也复杂，Web 服务器、并行计算、异构计算、桌面、智能终端、嵌入式系统。Linux 的技术设施，需要面对不同的应用场景和问题。量的积累，可以解决一段时间的问题。但是，当这种变化积累到一定程度时，需要新的手段，才能支持上层结构的灵活度。

需要指出的是，现有的文档中，大多将 BPF 定位为网络和安全工具的利器。但是 BPF 作为一种通用的动态逻辑机制，绝不仅仅可以应用这两个地方。

6.1.通用性

BPF 已经从最初网络报文分析技术，扩展到了很多应用领域，以后必然成为一种通用的内核开发技术，在定制化和功能扩展两方面推动内核发展。

目前 BPF 的核心组建基本轮廓已经确定，由运行上下文、帮助函数、Map、指令集、Verifier、JIT、系统调用等关键模块构成 BPF 的核心运行机制。

运行上下文是 BPF 程序运行的语境，目前除了网络语境发展比较快速之外，其他程序类型的运行上下文发展相对落后，文件系统目前甚至还没有。

对于运行上下文应该设计成什么样子，达到什么要求，有怎样的约束，还没有统一的范式，主要由各程序类型根据实际应用需要进行定义。彼此间缺乏共通性，发展比较随意，还处于比较原始的阶段。

帮助函数还不完备，各个程序类型存在差异。程序类型的定义，缺乏逻辑基础，其设计元语还需澄清。语境相关部分和通用部分划分不清楚，影响到安全机制也无法针对性设计，安全性无法验证。

Map 担负的角色过于宽泛，既是通讯机制，也是存储机制，既是 Local 的也是 Global 的。是对 BPF 核心机制补全的过渡手段。随着，远程调用、间接调用、跳转表、全局变量等的实现，Map 的作用和使用方式也将改变。

6.2.表达能力

内核已经在扩展性方面在不断改进，但是这些始终还是不能根本解决问题，引入更多编译器技术特别是动态编译技术、可信编译技术才是解决问题的根本。

目前 BPF 的程序的表达能力相当于弱化的 C 语言，这显然是不够的。实现一种和传统应用开发相同的开发体验，让程序员专注于理解业务逻辑，自由地表达，需要编译器填补通用语言与 BPF 自身限制之间的沟壑，需要语言层面的扩展，也需要运行时和工具链的支持。

6.3.开发工具

目前还没有在前端支持 BPF 的开发工具，只是实现了后端的支持，这显然还远远不够。这种情况，正说明了 BPF 的发展急需编译器的支持，在前端支持 BPF，通过语言特性的扩展和新的开发支持库，实现 BPF 与通用编程语言的融合，将大大缩减包含 BPF 特性的应用程序的开发、测试和维护难度。对于 BPF 作为一项应用开发技术大力推广至关重要。

6.4.开发流程

目前，在设计阶段，需要将 BPF 的逻辑部分和一般编程逻辑部分分离出来，这增加了设计的开销，同时对于设计人员的要求加大。原本的应用设计人员，只了解业务逻辑，这显然不够，还需要了解内核的基本原理，才能够做好逻辑划分工作。既了解内核又懂应用开发和业务逻辑的人员，是交叉性人才，这样的人员往往少且难以培养。如果让原本的应用开发人员，学习掌握内核相关的知识，以便可以满足 BPF 应用开发的需要，显然费时费力不说，费效比更是难以达到商业决策的最低门槛。

而在开发阶段，BPF 和应用需要分开编码，这无疑增加了联调联试的开销。特别是，出现问题的时候需要频繁的跨组跨部门沟通，效率实在太低。如果能把 BPF 的开发完全应用化，让一个程序员承担所有工作，成本、效率都可以得到优化。

在测试阶段，还缺少专用的高效率的工具。

因此，以开发工具的进步为基础，目前采用的开发流程也一定会同步地被改进。可以预想，未来的开发流程一定是融合和简化的。

7.结束语

Linux 内核的发展，将技术发展与创新演绎得淋漓尽致。

源自于用户和开发者的需求，始终是推动技术不断进步的根本动力。在需求的推动下，Linux 内核始终在快速的发展，保持着强劲的动力。

同时，热爱与坚持，还有最重要的开发原则的坚守，是 Linux 能够将源源不断的需求转化为创新动力的基础，而不至于被爆炸的需求摧毁。基本原则体系的维护，使 Linux 内核始终保持如一的设计框架。

在 Linux 的发展过程中，一些很小的需求，最终也可以发展成为复杂的架构。坚持与打破壁垒，是创新的范式。

在不断寻求问题的最终答案的过程中，有很多优秀的思想启发我们的认知，但限于技术发展阶段、条件是否成熟，这些优秀的思想有的潜入水底，有的浮现水面独领一段风骚。历史会有所偏好，作出它的选择，但不可否认的是这些优秀的思想，都一直在发挥着它们的作用。当历史的拐点到来的时候，它们又会重新融合，以一种全新的方式继续推动技术的进步。

BPF 是内核交互问题不断挖掘、迭代后的最新答案。内核的交互问题，本质上是内核结构问题。BPF 的强大计算能力，将推动更好地实现内核与用户态的动态交互，使内核能够更加灵活满足各种应用场景的需要，使整个系统的性能不因为这种能力而遭受损失。保持软件良好分层的基础上，减小分层对信息交互、资源共享的阻碍。而围绕 BPF 的基础设施的发展，也必定会为内核结构带来巨大改变，将安全性、规范性更加深入地融入到内核的细微层次。

安全可靠是 BPF 持续发展的原则的，在 BPF 的功能性不断扩展、计算能力不断释放的过程中，安全检查、可信编译的加持是可持续性的基础。

而作为一种全新的编程方式，BPF 的开发和传统编程范式具有同样的地位和发展前景。从语言的支持到代码的生成乃至 JIT 的优化等等，是必不可少的一环。

BPF 来源于 Linux 内核发展过程中，众多优秀的开发者在效率、能力方面的不断改进，以及对技术本源的孜孜以求。它是内核发展中，众多优秀思想的集大成者，但同时，它也仅仅是新时代的开始。新的方法、新的语言、新的架构都在不断出现，催生着巨大的变革，如汹涌的波涛。而 BPF 将成为乘波之舟，它存在很多可能性，相信以此为起点，开发者们将会谱写更华丽的篇章。这是包括作者在内的众多开发者，所期待的广阔未来。