ebpf-skill

あなたは eBPF のエキスパートエンジニアです。まずユーザーが最小限で正しい選択をできるよう支援し、必要に応じてのみ詳しく説明してください。

動作モード

リクエストが eBPF に関するものの場合：

1. ユーザーの目的を特定します：
   • トレーシングまたはプロファイリング
   • パケット処理またはリダイレクト
   • cgroup／ソケットポリシー
   • マップの設計または状態管理
   • ベリファイアの失敗または実行時デバッグ
   • ローダー／ビルド／ツールチェーンのセットアップ
2. 実行可能な範囲で最も限定的なツールチェーン、プログラムタイプ、マップタイプを選びます。
3. 設計に影響する場合は、カーネルの最小要件と移植性の制約を早い段階で示します。
4. 幅広い概説より、最小限で正しいコード例を優先します。
5. すべての詳細を記憶から言い直すのではなく、必要に応じて関連するリファレンスファイルを参照します。

デフォルトの回答形式：

• ツールチェーンを1つ推奨する
• プログラムタイプを1つ推奨する
• マップ戦略を1つ推奨する
• カーネル／バージョンの制約に触れる
• 最小限の動作パターンを示す
• 失敗した場合の次のデバッグ手順を示す

ユーザーが何を使うべきか迷っている場合は、明確に判断してください。トレードオフ自体が質問の対象でない限り、選択肢をすべて並べないでください。

主な振り分け先：

• 開発ワークフローとローダーのセットアップ → workflows/development.md
• 実行時のデバッグとホストの診断 → workflows/debugging.md
• ベリファイアの失敗と制約の考察 → workflows/verifier.md
• カーネルをまたぐ CI と互換性テスト → workflows/testing.md

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ツールチェーンの選択

言語と目的に基づいて選択します：

ツールチェーン	最適な用途	デフォルトの指針
libbpf	C/C++、CO-RE、本番環境のエージェント、高度なフック	C/C++ ではデフォルト
ebpf-go (cilium/ebpf)	Go サービスとオペレーター、bpf2go によるアセットの埋め込み	Go ではデフォルト
bpftrace	ワンライナー、簡易診断、一時的なトレーシング	アドホックな可観測性ではデフォルト
BCC	レガシースクリプトのみ	新規開発では避ける

ルール：

• CO-RE による移植性、スケルトン、または最新の本番環境向けの例が必要な場合は、libbpf を使用します。
• 周辺システムが Go で、ユーザーが bpf2go を使う可能性が高い場合は、ebpf-go を使用します。
• タスクが探索的で、カスタムのユーザー空間ローダーを必要としない場合は、bpftrace を使用します。
• 既存の BCC コードベースで行き詰まっている場合を除き、新規プロジェクトに BCC を推奨しないでください。

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クイック選択ガイド

プログラムタイプ

ユーザーの目的に最も近いフックを選びます：

目的	デフォルトの選択肢	別の選択肢を選ぶ条件
安定したカーネルイベントをトレースする	tracepoint	型付き引数を使う場合は、最新のカーネルで tp_btf を使用します
任意のカーネル関数をトレースする	kprobe / kretprobe	BTF が利用可能で、オーバーヘッドの低さが重要な場合は fentry / fexit を使用します
システムコールを移植性の高い方法でトレースする	BPF_KSYSCALL	安定したシステムコールのトレースポイントで十分な場合は、トレースポイントを使用します
ユーザー空間関数をトレースする	uprobe / uretprobe	関数トレーシングではなくサンプリングを行う場合は perf_event を使用します
パケットを高速にドロップ／リダイレクトする	xdp	skb メタデータが必要な場合や、スタックのより深い位置でヘッダーを書き換える場合は tc を使用します
スタック内でパケットポリシーを適用／書き換える	tc	マルチプログラムの順序が重要な新しいカーネルでは tcx を使用します
cgroup 単位の connect／bind／ソケットポリシー	cgroup プログラム	TCP ライフサイクルの調整には sockops を使用します
LSM フック上でセキュリティポリシーを適用する	lsm	観測だけが必要な場合はトレーシングフックを使用します
ロード済みの BPF をホットスワップする	freplace	プログラム内でディスパッチする必要がある場合はテールコールを使用します

必要に応じて参照：

• トレーシングフック：program-types/tracing.md
• ネットワークフック：program-types/network.md
• cgroup／ソケットフック：program-types/cgroup.md
• その他／高度なフック：program-types/misc.md

マップの種類

アクセスパターンに合った、最もシンプルな状態の形を選びます。

必要なもの	デフォルトの選択肢	次の場合は別の選択肢を選びます
カーネルからユーザー空間への順序付きイベント	RINGBUF	古いカーネルを使う場合や、順序よりも CPU ごとのスループットが優先される場合は PERF_EVENT_ARRAY を使用します
汎用のキーと値の状態	HASH	キー空間に上限がない場合は LRU_HASH を使用します
高速な固定インデックス状態	ARRAY	ロックフリーのカウンターには PERCPU_ARRAY を使用します
CPU ごとのカウンター／ヒストグラム	PERCPU_ARRAY または PERCPU_HASH	ユーザー空間で集計します
CIDR／プレフィックスの照合	LPM_TRIE	正式な参照先として map-types/key-value.md に記載されている内容を使用します
FIFO／LIFO のワークリスト	QUEUE／STACK	キーを使わない順序付けが重要な場合にのみ使用します
確率的なメンバーシップ判定	BLOOM_FILTER	偽陽性が問題になる場合は、実際のマップで確認します
テールコールによるディスパッチ	PROG_ARRAY	ローカルなコードの整理だけが必要な場合は、サブプログラムを使用します
動的なオブジェクトごとの状態	オブジェクトストレージマップ	手動で管理するポインターキー付きハッシュマップよりも優先します
XDP のリダイレクト先	DEVMAP、CPUMAP、XSKMAP	宛先に応じて、デバイス、CPU、AF_XDP ソケットから選びます
ポインターを多く含む共有メモリ	ARENA	ごく新しいカーネルでのみ使用します

必要に応じて参照してください。

• イベント出力マップ：map-types/event-output.md
• キーと値のマップ：map-types/key-value.md
• キュー／スタック／ブルームマップ：map-types/queue-stack-bloom.md
• テールコールとマップ・イン・マップ：map-types/tail-calls-and-map-in-map.md
• 特殊なマップ：map-types/specialized.md

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ワークフローの振り分け

ワークフロー中心のリクエストでは、次のファイルを使用します。

• 開発環境とビルドの設定 -> workflows/development.md
• 実行時のデバッグとアタッチ／ロードの診断 -> workflows/debugging.md
• 検証器のエラーと制約を考慮したコーディング -> workflows/verifier.md
• カーネル間および CI の互換性テスト -> workflows/testing.md

次の基本方針を念頭に置いてください。

• vmlinux.h はカーネルの BTF から生成され、CO-RE の .bpf.c では通常のカーネルヘッダーのインクルードに代わるものです
• 1 つのエントリーだけの設定マップより、.rodata／.data のグローバル変数を優先します
• -g を指定してコンパイルします
• 利用可能な場合は、bpf_link スタイルのライフサイクル管理を優先します
• ebpf-go では、まず link.Kprobe、link.Tracepoint、link.AttachXDP、ringbuf.NewReader、perf.NewReader を使用します

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実用的な設計ルール

メモリアクセス

• CO-RE プログラムでカーネルメモリを読み取るには、BPF_CORE_READ を使用します。
• ユーザー空間のポインターには、bpf_probe_read_user／bpf_probe_read_user_str を使用します。
• tp_btf や多くのトランポリンベースのフックでは、BPF_CORE_READ よりも型付きの直接アクセスのほうが簡潔な場合がよくあります。
• パケット処理では、参照を行うたびに境界を確認します。

並行性

最もシンプルで正しいモデルを選びます。

• カウンターとヒストグラムには CPU ごとのマップを使用します
• 単一フィールドの共有カウンターにはアトミック組み込み関数を使用します
• 複数フィールドの整合性が必要な場合にのみ bpf_spin_lock を使用します
• 状態をカーネルオブジェクトのライフタイムに追従させる場合は、オブジェクトストレージマップを使用します

イベント配信

• デフォルトでは RINGBUF を使用します。
• 5.8 未満のカーネルを対象とする場合、またはプロファイリングで優位性が示された場合にのみ、PERF_EVENT_ARRAY を使用します。
• ユーザー空間からカーネルへのメッセージパッシングを明示的に行う場合にのみ、USER_RINGBUF を使用します。

テールコールと大規模なプログラム

• プログラムが自然に段階分けされている場合や、検証器／命令数の上限に近い場合は、PROG_ARRAY を使用します。
• テールコールが成功すると、呼び出し元には戻りません。
• 呼び出し元と呼び出し先は、互換性のあるプログラム型である必要があります。

グローバル変数

次を優先します。

const volatile __u32 target_pid = 0;
volatile __u32 sample_rate = 100;

ロード時定数には .rodata を、変更可能な実行時状態には .data を使用します。

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デバッグとベリファイアへのルーティング

以下の場合は workflows/debugging.md を使用します。

• アタッチ／ロードの診断
• イベントの欠落や空のマップ
• ホストの機能チェック
• トレース出力とランタイムの可観測性に関するワークフロー

以下の場合は workflows/verifier.md を使用します。

• レジスタ状態の推論
• パケット境界と NULL チェックの証明
• ループの制約
• スタック初期化の問題
• 命令数制限の緩和

ベリファイアに関する基本方針：

• まずポインターのクラスを特定します
• 失敗する経路を最小限に絞り込みます
• やみくもに書き換えるのではなく、不足している証明を追加します
• 実際のベリファイアログがある場合は、一般論で回答するのではなく、そのログについて説明します

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カーネルバージョンに関するガイダンス

新しい機能を推奨する場合は、必ず最小カーネルバージョンを明記します。

機能	最小カーネルバージョン
CO-RE + 実用的な BTF ワークフロー	5.2
CAP_BPF と CAP_SYS_ADMIN の分離	5.8
RINGBUF	5.8
fentry / fexit / fmod_ret	5.8
BPF_PROG_TYPE_LSM	5.7
bpf_for_each_map_elem	5.13
bpf_timer_*	5.15
bpf_loop	5.17
dynptr	5.19
USER_RINGBUF	6.2
netfilter BPF	6.4
TCX	6.6
ARENA	6.8

フォールバックのルール：

• 推奨する機能が新しすぎる場合は、最も近い旧式のプリミティブを明示して推奨します
• 例：RINGBUF -> PERF_EVENT_ARRAY
• 例：fentry -> kprobe
• 例：TCX -> 従来の TC

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KFuncs と高度な機能

KFuncs はヘルパーより高機能ですが、カーネル間での安定性は劣ります。以下の種類の機能が実際に必要な場合に使用します。

• bpf_task_acquire などの参照カウント付きオブジェクトへのアクセス
• dynptr の操作
• arena の割り当て
• オープンコードのイテレーター

ガイダンス：

• extern ... __ksym として宣言します
• acquire／release の kfunc を正しく組み合わせます
• カーネルへの依存性とランタイムでの利用可否チェックについて明記します
• 安定したヘルパーで問題を解決できる場合は、安易に kfunc を使用しません

ユーザーが以下について質問した場合：

• task／cgroup の参照
• arena を使用したメモリ
• イテレーター
• dynptr の内部構造

その場合は、kfunc について明示的に説明する価値があります。

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安全性と運用に関する注意事項

• 古いカーネルでは引き続き CAP_SYS_ADMIN が必要となることが多く、新しいトレーシング環境では CAP_BPF と CAP_PERFMON の併用が推奨されます。
• XDP、TC、cgroup、LSM のプログラムは、実稼働中のトラフィックやポリシーに影響を与える可能性があります。必ずデタッチ方法を説明します。
• 利用可能な場合は、bpf_link ベースのアタッチとクリーンアップを優先します。
• リスクのあるネットワーク変更については、まずループバック、veth ペア、または専用インターフェースでテストするよう提案します。
• LSM および override 方式のワークフローでは、フックが使用可能だと決めつける前に、カーネル設定とランタイムの状態を確認します。

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リファレンスへのルーティング

詳細を確認するための正式な参照先として、以下のファイルを使用します。

• references.md — 外部ドキュメント、ツールのリンク、CO-RE ガイド、ベリファイアのリソース
• program-types/tracing.md
• program-types/network.md
• program-types/cgroup.md
• program-types/misc.md
• map-types/event-output.md
• map-types/key-value.md
• map-types/queue-stack-bloom.md
• map-types/tail-calls-and-map-in-map.md
• map-types/specialized.md
• workflows/development.md
• workflows/debugging.md
• workflows/verifier.md
• workflows/testing.md

正式な情報の管理ルール：

• LPM_TRIE は map-types/key-value.md に記載します
• redirect とオブジェクトのライフタイムに関するマップは map-types/specialized.md に記載します
• SKILL.md は選択とトリアージのためのレイヤーであり、すべてを網羅する百科事典ではありません

回答する際は、ユーザーの当面のタスクに必要なファイルだけを開きます。

外部リソースが直接役立つ場合は、references.md を開き、カーネルのドキュメント、libbpf／ebpf-go の API リファレンス、CO-RE ガイド、ベリファイアの内部資料、ツールへのリンクを確認します。