/* This test is a demo of using get_socket_uid and get_socket_cookie
 * helper function to do per socket based network traffic monitoring.
 * It requires iptables version higher then 1.6.1. to load pinned eBPF
 * program into the xt_bpf match.
 *
 * TEST:
 * ./run_cookie_uid_helper_example.sh -option
 * option:
 * -t: do traffic monitoring test, the program will continuously
 * print out network traffic happens after program started A sample
 * output is shown below:
 *
 * cookie: 877, uid: 0x3e8, Pakcet Count: 20, Bytes Count: 11058
 * cookie: 132, uid: 0x0, Pakcet Count: 2, Bytes Count: 286
 * cookie: 812, uid: 0x3e8, Pakcet Count: 3, Bytes Count: 1726
 * cookie: 802, uid: 0x3e8, Pakcet Count: 2, Bytes Count: 104
 * cookie: 877, uid: 0x3e8, Pakcet Count: 20, Bytes Count: 11058
 * cookie: 831, uid: 0x3e8, Pakcet Count: 2, Bytes Count: 104
 * cookie: 0, uid: 0x0, Pakcet Count: 6, Bytes Count: 712
 * cookie: 880, uid: 0xfffe, Pakcet Count: 1, Bytes Count: 70
 *
 * -s: do getsockopt SO_COOKIE test, the program will set up a pair of
 * UDP sockets and send packets between them. And read out the traffic data
 * directly from the ebpf map based on the socket cookie.
 *
 * Clean up: if using shell script, the script file will delete the iptables
 * rule and unmount the bpf program when exit. Else the iptables rule need
 * to be deleted by hand, see run_cookie_uid_helper_example.sh for detail.
 */

#define _GNU_SOURCE

#define offsetof(type, member) __builtin_offsetof(type, member)
#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x) / sizeof(*(x)))

#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <error.h>
#include <limits.h>
#include <linux/bpf.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <net/if.h>
#include <signal.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <bpf/bpf.h>
#include "bpf_insn.h"

#define PORT 8888

struct stats {
 uint32_t uid;
 uint64_t packets;
 uint64_t bytes;
};

static int map_fd, prog_fd;

static bool test_finish;

static void maps_create(void)
{
 map_fd = bpf_map_create(BPF_MAP_TYPE_HASH, NULL, sizeof(uint32_t),
    sizeof(struct stats), 100, NULL);
 if (map_fd < 0)
  error(1, errno, "map create failed!\n");
}

static void prog_load(void)
{
 static char log_buf[1 << 16];

 struct bpf_insn prog[] = {
  /*
   * Save sk_buff for future usage. value stored in R6 to R10 will
   * not be reset after a bpf helper function call.
 */
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_6, BPF_REG_1),
  /*
   * pc1: BPF_FUNC_get_socket_cookie takes one parameter,
   * R1: sk_buff
 */
  BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0,
    BPF_FUNC_get_socket_cookie),
  /* pc2-4: save &socketCookie to r7 for future usage*/
  BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, BPF_REG_0, -8),
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_7, BPF_REG_10),
  BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_7, -8),
  /*
   * pc5-8: set up the registers for BPF_FUNC_map_lookup_elem,
   * it takes two parameters (R1: map_fd,  R2: &socket_cookie)
 */
  BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_7),
  BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0,
    BPF_FUNC_map_lookup_elem),
  /*
   * pc9. if r0 != 0x0, go to pc+14, since we have the cookie
   * stored already
   * Otherwise do pc10-22 to setup a new data entry.
 */
  BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 14),
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_6),
  BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0,
    BPF_FUNC_get_socket_uid),
  /*
   * Place a struct stats in the R10 stack and sequentially
   * place the member value into the memory. Packets value
   * is set by directly place a IMM value 1 into the stack.
 */
  BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, BPF_REG_0,
       -32 + (__s16)offsetof(struct stats, uid)),
  BPF_ST_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10,
      -32 + (__s16)offsetof(struct stats, packets), 1),
  /*
   * __sk_buff is a special struct used for eBPF program to
   * directly access some sk_buff field.
 */
  BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_1, BPF_REG_6,
    offsetof(struct __sk_buff, len)),
  BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, BPF_REG_1,
       -32 + (__s16)offsetof(struct stats, bytes)),
  /*
   * add new map entry using BPF_FUNC_map_update_elem, it takes
   * 4 parameters (R1: map_fd, R2: &socket_cookie, R3: &stats,
   * R4: flags)
 */
  BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_1, map_fd),
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_7),
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_3, BPF_REG_10),
  BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_3, -32),
  BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_4, 0),
  BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0,
    BPF_FUNC_map_update_elem),
  BPF_JMP_IMM(BPF_JA, 0, 0, 5),
  /*
   * pc24-30 update the packet info to a exist data entry, it can
   * be done by directly write to pointers instead of using
   * BPF_FUNC_map_update_elem helper function
 */
  BPF_MOV64_REG(BPF_REG_9, BPF_REG_0),
  BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_1, 1),
  BPF_ATOMIC_OP(BPF_DW, BPF_ADD, BPF_REG_9, BPF_REG_1,
         offsetof(struct stats, packets)),
  BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_1, BPF_REG_6,
    offsetof(struct __sk_buff, len)),
  BPF_ATOMIC_OP(BPF_DW, BPF_ADD, BPF_REG_9, BPF_REG_1,
         offsetof(struct stats, bytes)),
  BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_0, BPF_REG_6,
    offsetof(struct __sk_buff, len)),
  BPF_EXIT_INSN(),
 };
 LIBBPF_OPTS(bpf_prog_load_opts, opts,
  .log_buf = log_buf,
  .log_size = sizeof(log_buf),
 );

 prog_fd = bpf_prog_load(BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER, NULL, "GPL",
    prog, ARRAY_SIZE(prog), &opts);
 if (prog_fd < 0)
  error(1, errno, "failed to load prog\n%s\n", log_buf);
}

static void prog_attach_iptables(char *file)
{
 int ret;
 char rules[256];

 if (bpf_obj_pin(prog_fd, file))
  error(1, errno, "bpf_obj_pin");
 if (strlen(file) > 50) {
  printf("file path too long: %s\n", file);
  exit(1);
 }
 ret = snprintf(rules, sizeof(rules),
         "iptables -A OUTPUT -m bpf --object-pinned %s -j ACCEPT",
         file);
 if (ret < 0 || ret >= sizeof(rules)) {
  printf("error constructing iptables command\n");
  exit(1);
 }
 ret = system(rules);
 if (ret < 0) {
  printf("iptables rule update failed: %d/n", WEXITSTATUS(ret));
  exit(1);
 }
}

static void print_table(void)
{
 struct stats curEntry;
 uint32_t curN = UINT32_MAX;
 uint32_t nextN;
 int res;

 while (bpf_map_get_next_key(map_fd, &curN, &nextN) > -1) {
  curN = nextN;
  res = bpf_map_lookup_elem(map_fd, &curN, &curEntry);
  if (res < 0) {
   error(1, errno, "fail to get entry value of Key: %u\n",
    curN);
  } else {
   printf("cookie: %u, uid: 0x%x, Packet Count: %lu,"
    " Bytes Count: %lu\n", curN, curEntry.uid,
    curEntry.packets, curEntry.bytes);
  }
 }
}

static void udp_client(void)
{
 struct sockaddr_in si_other = {0};
 struct sockaddr_in si_me = {0};
 struct stats dataEntry;
 int s_rcv, s_send, i, recv_len;
 char message = 'a';
 char buf;
 uint64_t cookie;
 int res;
 socklen_t cookie_len = sizeof(cookie);
 socklen_t slen = sizeof(si_other);

 s_rcv = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 if (s_rcv < 0)
  error(1, errno, "rcv socket creat failed!\n");
 si_other.sin_family = AF_INET;
 si_other.sin_port = htons(PORT);
 if (inet_aton("127.0.0.1", &si_other.sin_addr) == 0)
  error(1, errno, "inet_aton\n");
 if (bind(s_rcv, (struct sockaddr *)&si_other, sizeof(si_other)) == -1)
  error(1, errno, "bind\n");
 s_send = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 if (s_send < 0)
  error(1, errno, "send socket creat failed!\n");
 res = getsockopt(s_send, SOL_SOCKET, SO_COOKIE, &cookie, &cookie_len);
 if (res < 0)
  printf("get cookie failed: %s\n", strerror(errno));
 res = bpf_map_lookup_elem(map_fd, &cookie, &dataEntry);
 if (res != -1)
  error(1, errno, "socket stat found while flow not active\n");
 for (i = 0; i < 10; i++) {
  res = sendto(s_send, &message, sizeof(message), 0,
        (struct sockaddr *)&si_other, slen);
  if (res == -1)
   error(1, errno, "send\n");
  if (res != sizeof(message))
   error(1, 0, "%uB != %luB\n", res, sizeof(message));
  recv_len = recvfrom(s_rcv, &buf, sizeof(buf), 0,
        (struct sockaddr *)&si_me, &slen);
  if (recv_len < 0)
   error(1, errno, "receive\n");
  res = memcmp(&(si_other.sin_addr), &(si_me.sin_addr),
      sizeof(si_me.sin_addr));
  if (res != 0)
   error(1, EFAULT, "sender addr error: %d\n", res);
  printf("Message received: %c\n", buf);
  res = bpf_map_lookup_elem(map_fd, &cookie, &dataEntry);
  if (res < 0)
   error(1, errno, "lookup sk stat failed, cookie: %lu\n",
         cookie);
  printf("cookie: %lu, uid: 0x%x, Packet Count: %lu,"
   " Bytes Count: %lu\n\n", cookie, dataEntry.uid,
   dataEntry.packets, dataEntry.bytes);
 }
 close(s_send);
 close(s_rcv);
}

static int usage(void)
{
 printf("Usage: ./run_cookie_uid_helper_example.sh"
  " bpfObjName -option\n"
  " -t traffic monitor test\n"
  " -s getsockopt cookie test\n");
 return 1;
}

static void finish(int ret)
{
 test_finish = true;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
 int opt;
 bool cfg_test_traffic = false;
 bool cfg_test_cookie = false;

 if (argc != 3)
  return usage();
 while ((opt = getopt(argc, argv, "ts")) != -1) {
  switch (opt) {
  case 't':
   cfg_test_traffic = true;
   break;
  case 's':
   cfg_test_cookie = true;
   break;

  default:
   printf("unknown option %c\n", opt);
   usage();
   return -1;
  }
 }
 maps_create();
 prog_load();
 prog_attach_iptables(argv[2]);
 if (cfg_test_traffic) {
  if (signal(SIGINT, finish) == SIG_ERR)
   error(1, errno, "register SIGINT handler failed");
  if (signal(SIGTERM, finish) == SIG_ERR)
   error(1, errno, "register SIGTERM handler failed");
  while (!test_finish) {
   print_table();
   printf("\n");
   sleep(1);
  }
 } else if (cfg_test_cookie) {
  udp_client();
 }
 close(prog_fd);
 close(map_fd);
 return 0;
}