libbpfとは？初心者が押さえる基本と使い方ガイド共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

libbpfとは？初心者が押さえる基本と使い方ガイド

このページでは libbpf について、初心者にも分かりやすい言葉で解説します。libbpf は Linux カーネルの拡張である eBPF プログラムを扱う「ライブラリ」です。eBPF は「カーネル（OSの心臓部）」の機能を拡張する仕組みで、ネットワークの監視やパフォーマンス測定、セキュリティ強化など、さまざまな用途に使われます。

なぜ libbpf が必要なのか は、eBPF のプログラムを作る際には「カーネルとやり取りするコード」が必要になるからです。libbpf はこのやり取りを簡単にするための道具を提供します。これにより、プログラムの読み込み、マップの操作、アタッチ先の指定などが分かりやすい API で行えるようになります。

まずは用語をおさえよう

eBPF は Linux カーネルの機能の一部で、パケットの処理やイベントの検知などを高速に行える小さなプログラムです。libbpf はその eBPF プログラムを「読み込んだり、実行したり、監視したり」するための C 言語のライブラリです。つまり libbpf を使えば、C/C++ などの言語から簡単に eBPF を使えるようになります。

libbpf の基本的な使い方

大まかな流れは次のとおりです。1) eBPF プログラムをコンパイルする、2) libbpf で ELF 形式のオブジェクトファイルを読み込む、3) マップを設定する、4) プログラムをカーネルにアタッチする、5) 結果を取得してデバッグする、という順番です。libbpf はこの一連の操作を関数として提供しており、手動で bpf() 系の低レベル API を呼ぶ手間を減らしてくれます。

どんな人が使うの？

ネットワーク管理者、システム開発者、パフォーマンス測定をしたい研究者など、OS の内部で動く仕組みを作りたい人に役立ちます。リアルタイムな観測データを取得したい場合や、トラフィックの遅延原因を特定したい場合に特に有用です。

導入の準備と注意点

libbpf は Linux 上で動きます。対応するカーネルバージョン や 開発環境の設定 が必要です。導入にはパッケージ管理ツールでのインストールや、ソースからのビルドが一般的です。初期はサンプルプロジェクトを動かすのがおすすめです。

実践の流れ（表で見る）

ステップ	説明
1	eBPF プログラムを作成してコンパイルする
2	ELF オブジェクトを libbpf で読み込む
3	マップの作成・設定を行う
4	カーネルにプログラムをアタッチする
5	デバッグと結果の解釈をする

実務で使うときは、公式ドキュメントやサンプルコードを丁寧に読むことから始めましょう。初心者はまずサンプルを実行して、出力と挙動を確認することが大切です。次のステップとして、マップの操作方法やヘルパー関数の使い方を学ぶと、オリジナルのモニタリングツールを作れるようになります。

よくある誤解として、libbpf は「一度書けば終わり」というものではなく、継続的な学習が必要です。eBPF は OS の最新機能であり、カーネルの更新に伴い API が変わることがあるため、バージョン管理をしっかり行いましょう。

学習ロードマップの例を挙げます。まずは libbpf の基本APIを理解し、次に簡単なプログラムを作って動かします。その後、現場で使われるサンプルコード（ネットワーク観測、パケットフィルタ、トレーシング）に挑戦します。最後にオリジナルのツールを作ることを目標にすると、学習が進みやすいです。

libbpfの同意語

libbpf: eBPF/ BPFプログラムをユーザ空間から読み書き・管理するための公式のC言語APIライブラリ。カーネルのBPF機能を安全に利用するためのツールセットを提供します。
BPFライブラリ: BPF（またはeBPF）プログラムとやりとりするためのライブラリの総称。libbpfのような実装が該当します。
eBPFライブラリ: eBPFプログラムのロード・検証・リンク・実行を支援するライブラリ。Linuxのカーネル機能をユーザ空間から操作します。
ユーザ空間BPFライブラリ: ユーザ空間のアプリケーションがBPF機能を利用する際のAPIを提供するライブラリのこと。
LinuxのBPFライブラリ: Linux環境でBPF（ebpf）を使うためのライブラリ。libbpfを含むことが多いです。
BPF APIライブラリ: BPF機能を操作するAPIをまとめたライブラリ。ロード・検証・管理を行います。
eBPF管理ライブラリ: eBPFプログラムの管理（ロード・リリース・マップ操作など）を行うためのライブラリ。
オブジェクト管理ライブラリ（BPF）: BPFオブジェクトファイルの読み込みやリンク、プログラム作成をサポートするライブラリ。

libbpfの対義語・反対語

直接BPF操作: libbpfを介さず、bpf syscallを直接呼び出してBPFを操作する方法のこと。
手動BPFプログラミング: BPFプログラムを自分で作成してロード・検証・適用までを自前で行うスタイル。
libbpf不使用: libbpfというライブラリを使わない選択肢のこと。
低レベルAPIのみの利用: libbpfなどの高レベル抽象化を避け、最小限の低レベルAPIだけを用いるアプローチ。
カーネルAPI直接利用: カーネルの直接APIを使ってBPFを扱う方法で、ライブラリを経由しない点が特徴。
自前のBPFローダー開発: BPFプログラムをロードするローダーを自作して使うこと。
自己管理のバイナリBPFプログラム: BPFプログラムのバイナリを自分で管理・更新する運用スタイル。

libbpfの共起語

eBPF: 拡張BPF。Linuxカーネルで実行される安全なプログラムのプラットフォーム。libbpfはこのeBPFプログラムのロードと管理を行います。
BPF: Berkeley Packet Filterの略。元はパケットフィルタリングの技術ですが、現在はeBPFを含む総称として使われ、libbpfはBPFオブジェクトの操作を提供します。
CO-RE: Compile Once, Run Everywhereの略。カーネルの型情報(BTF)を利用して、異なるカーネルバージョン間で同じコードが動くようにする手法。libbpfはCO-REのサポートを提供します。
BTF: BPF Type Format。BPFプログラムがカーネルの型情報を参照するためのフォーマット。CO-REと深く関連します。
bpftool: BPFオブジェクトの検査・操作を行うコマンドラインツール。libbpfと連携してデバッグや管理に使われます。
libbpf: この話題の主役。ユーザー空間からBPFオブジェクトの読み込み・ロード・アタッチを行うライブラリ。
bpf_map: BPFのデータストレージ。マップはプログラム間でデータを共有・永続化するための容器です。
bpf_program: BPFプログラム自体。条件付きでロードされ、カーネルで実行されるコード。
skeleton: libbpfで自動生成される“スケルトン”コード。ユーザー空間とBPFプログラムをつなぐ橋渡しを担います。
ELF: Executable and Linkable Format。BPFオブジェクトは通常ELF形式のファイルとして格納され、libbpfで読み込まれます。
clang: LLVMの一部。eBPFプログラムをビルドするための主要なコンパイラです。
llvm: コンパイラインフラストラクチャ。eBPFコードを機械語に変換する背後のエンジンです。
verifier: Kernel内のBPF検証器。ロード時にプログラムの安全性をチェックします。
XDP: eXpress Data Path。高速なネットワークパケット処理の主要用途の一つ。BPFプログラムがよく使われます。
kprobes: カーネル関数にフックをかける機構。BPFプログラムの起点としてよく使われます。
uprobes: ユーザー空間の関数にフックをかける機構。kprobesとセットで使われます。
cgroup: cgroup関連のBPFプログラム。リソース制御や監視の用途で利用されます。
maps: BPFマップの総称。ハッシュマップ、配列、リングバッファなど複数の実装があります。
ringbuf: リングバッファ。イベントを高効率でユーザー空間へ送るためのマップ種別の一つ。
perf_event: パフォーマンスイベント。BPFのイベントトラッキングに使われる仕組みです。
socket_filter: 古典的なBPFソケットフィルタ。現在はeBPFと連携して使われる場面が多いですが、歴史的背景として共起します。
kernel: Linuxカーネル。BPFを実行する場所で、libbpfはカーネルとデータをやり取りします。
userspace: ユーザー空間。libbpfはこの側で動作し、カーネルへBPFプログラムをロードします。
ELF_object: ELFオブジェクト。BPFプログラムを格納するファイル形式の説明。
security: 安全性と権限管理。BPFプログラムのロードには適切な権限が求められ、セキュリティ面も重要です。

libbpfの関連用語

libbpf: eBPF プログラムをユーザー空間で管理・ロードするための C ライブラリ。オブジェクトの読み込み、マップの取得・更新、プログラムのロード・アタッチなどを提供します。
eBPF: 拡張版の BPF。カーネル内で安全に実行される小さなプログラム群で、トレース・監視・ネットワーク処理などに使われます。
BPF: Berkeley Packet Filter の略。カーネル内で実行される小さなプログラムと、それを実行する仮想機械の総称です。
BTF: BPF Type Format の略。型情報を埋め込み、CO-RE の実現やカーネルとの互換性を高めるデータフォーマットです。
CO-RE: Compile Once, Run Everywhere の考え方。BTF を活用してカーネルの型差を吸収し、同じバイナリを複数のカーネルで動作させます。
BPF verifier: eBPF プログラムを実行前に検証する安全性チェッカー。ループ制限・メモリ制限・ポインタの正当性などを確認します。
bpftool: コマンドラインツールで、BPF オブジェクト・マップ・プログラムの情報を表示・編集・デバッグします。
libbpf-tools: bpftool などのツール群をまとめたリポジトリ。実用的なサンプルとツール群が含まれます。
ELF object (BPF object): BPF プログラムとマップを格納する ELF 形式のオブジェクトファイル。clang/llvm で作成します。
Skeleton: libbpf の Skeleton（スケルトン）は、BPF オブジェクトの読み込み・プログラムの紐付けを簡略化する自動生成コードです。
kprobe: カーネルの関数呼び出し時に発生するイベントを捕捉する BPF プログラム。
kretprobe: kprobe の戻り値・戻り先を捕捉するプログラム。
tracepoint: カーネルの固定イベントポイントに結びつくプログラム。
raw_tracepoint: 生のトレースポイント。トレースポイントの直接的な処理に用います。
xdp: ネットワークパケット処理をカーネルの早い段階で実行するプログラム（eXpress Data Path）。
tc: Linux のトラフィックコントロール経路に結びつく BPF プログラム。
cgroup_skb: cgroup のコンテキスト内でのソケットイベントを処理するプログラム。
sock_hash: ソケット識別子をキーにしたハッシュマップ。
sock_map: ソケットをグルーピングして処理するマップ。
LPM_TRIE: 最長一致検索を高速化するトライ木マップ（LPM: Longest Prefix Match）。
BPF_MAP_TYPE_HASH: キーと値をハッシュで格納する代表的なマップ種別。
BPF_MAP_TYPE_ARRAY: 固定長の配列マップ。インデックスで要素を参照します。
BPF_MAP_TYPE_PERF_EVENT_ARRAY: イベントを CPU 単位で測定・送出する配列マップ。
BPF_MAP_TYPE_RINGBUF: リングバッファ型のマップ。大量データをユーザー空間へ効率的に通知・取得します。
BPF_MAP_TYPE_PERCPU_HASH: CPU ごとに独立したハッシュマップ。スケールアウトに適しています。
BPF_MAP_TYPE_PERCPU_ARRAY: CPU ごとに独立した配列マップ。
BPF_MAP_TYPE_LPM_TRIE: 最長一致検索用のトライ木マップ（LPM Trie）。
BPF_MAP_TYPE_SOCK_HASH: ソケットをキーにしたハッシュマップ。
BPF_MAP_TYPE_SOCK_MAP: 複数ソケット間で接続情報を扱うためのマップ。
BPF_MAP_TYPE_XSKMAP: XDP/ AF_XDP の高速入出力用マップ。
BPF_MAP_TYPE_CGROUP_SOCK_ADDR: cgroup のソケットアドレスを格納するマップ。
pinning: BPF オブジェクトをファイルシステム上に固定（ピン留め）して再利用する仕組み。
/sys/fs/bpf: ピン固定先のデフォルトパス。ここに pin されたオブジェクトが置かれます。
vmlinux: カーネルのデバッグ情報ファイル。BTF の元情報源として使われます。
bpf syscall: bpf 系のシステムコール群。オブジェクトの作成・ロード・更新などを実行します。
Kernel headers: カーネルの開発用ヘッダ。コンパイル時に必要です。
JIT: Just-In-Time コンパイル。BPF プログラムをネイティブコードに変換して実行を高速化します。
perf buffer: 古い名称。イベントをユーザー空間へ渡すためのバッファ（Perfイベントバッファ）。
ring buffer: 新しい名称。BPF_MAP_TYPE_RINGBUF を用いたデータ伝送手段。