systemtapとは？初心者向けに基本と使い方を解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

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）

systemtapとは？

systemtapは Linux 上で動作する動的トレースフレームワークです。実行中のカーネルやアプリケーションの挙動を、再コンパイルや再起動なしに観察できる点が大きな特徴です。主な目的は、パフォーマンスのボトルネックを特定したり、挙動の原因を詳しく追いかけたりすることです。

この仕組みの核となるのは Probe と Script です。Probe は観察ポイント、Script は SystemTap 言語で書くプログラムです。実行には stap というコマンドを使います。スクリプトは静的な計測を書くように見えますが、実行時には カーネルと連携してデータを収集 します。

実際の使い方はシンプルに見えますが、学習を進めるうちに kprobes や USDT といった動的プローブの仕組み を理解すると、観測範囲を自由に絞り込む方法が分かってきます。これにより、長時間の監視をしながら必要な情報だけを抽出できます。

systemtap の仕組みと用語

以下は基本的な用語の整理です。理解の順番を間違えないように読んでください。

<th>概念

説明
Probe	イベントが発生した時点でデータを取り出す観測ポイント
Script	SystemTap 言語で書く処理の流れとデータの整形
Stap	スクリプトを実行するコマンド
Kernel のサポート	kprobes や USDT などのポイントを利用

使い方の流れ

1) インストール: まずは自分の OS に合わせて systemtap を入れます。管理者権限が必要な場合が多いので注意しましょう。

2) スクリプト作成: SystemTap 言語で観測ポイントと出力形式を決めます。簡単な例として「イベントが起きたときに時間とメモリ使用量を表示する」程度の内容から始めると良いです。

3) 実行: stap コマンドでスクリプトを実行します。データは標準出力に表示され、必要ならファイルへリダイレクトします。

4) 結果の解釈: 表示されたデータを見て、ボトルネックの箇所や異常な挙動を特定します。複雑な環境では、複数のプローブを同時に動かして比較する方法も有効です。

インストール方法の一例

以下は代表的な OS 別のコマンド例です。実行前に公式ドキュメントで最新情報を確認してください。

OS	コマンド
Ubuntu / Debian	sudo apt-get update && sudo apt-get install systemtap
RHEL / CentOS / Fedora	sudo dnf install systemtap

注意点と推奨される実践

権限の管理: systemtap の実行には root 権限が必要な場合が多く、セキュリティ上の配慮が求められます。信頼できるスクリプトだけを動かすようにしてください。

カーネルデバッグ情報: 正確なデータを取るにはカーネルデバッグ情報が必要になることがあります。ディストリビューションに応じて kernel-debuginfo などを追加してください。

パフォーマンスへの影響: 観測ポイントを増やすとシステムに負荷がかかります。開発・検証環境で段階的に試すのが安全です。

よくある質問

Q. systemtap の学習は難しいですか？

A. 初めは難しさを感じることもありますが、基本を押さえれば徐々に理解が深まります。具体的な例を追いながら、少しずつ自分の環境で試すと良いです。

Q. 本当に再起動なしにデータを取れますか？

A. はい。systemtap は動的にプローブを挿入してデータを取得するため、再起動や再ビルドは不要な場合が多いです。

systemtapの同意語

SystemTap: Linux上で動的にカーネル・ユーザー空間のイベントを追跡・分析するツールの正式名称。
システムタップ: SystemTapの日本語表記。意味は同じツールを指す表現。
動的トレースツール: 実行中のシステムのイベントを動的に追跡するツールの総称。SystemTapを代表的な例として挙げる場面で使われることが多い。
動的追跡フレームワーク: イベント追跡を実現する枠組み。SystemTapはこのカテゴリの代表的ツール。
カーネルトレースツール: Linuxカーネルのイベントを追跡する目的のツールの総称。SystemTapの機能を説明する際にも使われることがある。
Linuxトレースツール: Linux環境でのイベント追跡ツールの総称。SystemTapはこの分野の代表的なツールの一つ。
イベント追跡フレームワーク: イベントを収集・分析するための枠組み。SystemTapを説明する際のカテゴリ名として使われることがある。
パフォーマンス分析ツール: プログラムの性能を分析・改善するためのツール。SystemTapを使って性能問題を探る場面で使われることがある。
動的デバッグツール: 実行中のプログラムの挙動を調べるツール。SystemTapの機能の一部を説明する際にも使われる表現。

systemtapの対義語・反対語

静的監視: 実行時に動的にプローブを挿入して観察する SystemTap の性質とは反対に、事前にコードや設定で監視を組み込む手法。例として固定のログ出力や静的な計測ポイントを用いる方法。
固定式計測: ビルド時に計測コードを組み込み、実行中には変更できないアプローチ。SystemTap の動的挿入と対照的。
手動デバッグ: 自動化された動的プローブを使わず、手作業でのデバッグを行う方法。動的トレースの自動化を避ける点が対極。
カーネル変更型トレース: カーネルソースを直接変更してトレースポイントを追加する方法。SystemTap の非侵入・動的挿入の対義。
ユーザー空間のみのトレース: アプリケーション層だけを対象にしたトレースで、カーネル領域を観察しないアプローチ。
ログファイル中心の監視: 実時の対話的プローブ出力よりも、ログファイルへ集約する監視手法。リアルタイム性は低くなるが安定性や保存性が高い。
事前定義プローブ型: 事前に定義された固定のトレースポイントだけを用いる方法。SystemTap の柔軟な動的プローブとは性質が異なる。
受動的モニタリング: イベントが発生するまで介入せずデータを収集する方法。SystemTap の能動的・動的挿入とは対照的。
静的トレース: 実行前に決められた追跡計画に沿って観察する方法。動的挿入での即時変更は難しい。

systemtapの共起語

kprobes: カーネル内の任意の関数に動的に挿入する観察点。SystemTap の基本的なプローブの一種。
uprobes: ユーザースペースの関数を対象とするプローブ。アプリの挙動を観察できる。
tracepoint: 事前に用意されたコード内の観測点。イベント発生時にデータを収集します。
probe: SystemTap でデータを集める基本単位。特定のイベント点に対して処理を実行します。
tapset: よく使われるプローブと支援コードの集合。導入を簡単にする事前定義のリソース。
stap: SystemTap の実行コマンド。スクリプトをコンパイル・ロードしてデータを取得します。
stap-script: SystemTap のスクリプトファイル（.stp）。プローブの定義と処理を記述します。
kernel: Linux カーネルを対象とした動的トレース。低レベルの挙動を観察します。
symbol-resolution: アドレスから関数名や変数名を特定する作業。kallsyms や vmlinux が使われます。
vmlinux: カーネルのシンボルテーブル。SystemTap が関数名を解決する際に参照します。
kallsyms: カーネルのシンボル情報ファイル。デバッグやトレースのヒントになります。
DWARF: デバッグ情報の規格の一つ。複雑な型情報の解決にも使われることがあります。
dynamic-tracing: 実行時にコードへプローブを追加・削除する考え方。SystemTap の核となる機能です。
instrumentation: 挙動を観察するための追加点（プローブ）を組み込むこと。
data-output: 収集したイベントデータの出力形式。テキスト・CSV・JSON などで提供されます。
overhead: 観測によって生じる性能への追加負荷。観測量が増えるとオーバーヘッドが大きくなる可能性があります。
root-privileges: SystemTap の実行には管理者権限が必要です。セキュリティ上の制約にも配慮します。
kernel-module: データ収集のためにロードされるカーネルモジュール。SystemTap の一部として機能します。
debugfs: カーネルのデバッグファイルシステム。観測データのやり取りに使われることがあります。
tracefs: トレースデータを扱うファイルシステム。ftrace 系データの閲覧に関連します。
ftrace: Linux の低オーバーヘッドなトレース機構。SystemTap と併用・比較されることがあります。
performance-analysis: 収集データを用いてシステムの性能を分析・評価する作業です。
distribution-support: Ubuntu、RHEL/CentOS、openSUSE など、ディストリビューションごとにパッケージやサポート状況が異なります。
security-considerations: 監視によるデータ漏えいリスク、SELinux/AppArmor の設定、権限管理などの注意点。
examples: 実際の使い方の例。tapset を使ったデモやよくあるケースの紹介です。
linux: SystemTap が主に動作するOS。Linux カーネルとユーザー空間を観察します。
systemtap-language: SystemTap 専用のスクリプト言語。probe の定義やデータ処理を記述します。
script-extension: SystemTap のスクリプトファイルは拡張子 .stp を用います。

systemtapの関連用語

SystemTap: Linux 上で動的にカーネルやユーザー空間をトレースするツール。プローブを挿入してデータを収集・分析できる。
STAP: SystemTap のスクリプト言語。probe ブロックや BEGIN/END などを使い、データ収集のロジックを記述する。
stap: SystemTap のコマンドラインツール。スクリプトを読み込み、カーネルモジュールを生成して実行する。
Tapset: 再利用可能なプローブの集合。tapset ライブラリにはカーネルやライブラリの既製プローブが含まれている。
Probe: データを収集するための計測点。 kernel や user-space の関数やイベントなど、任意の場所に設定できる。
Kernel probe (kprobe): カーネル内部の関数に動的に挿入するプローブ。
Uprobe: ユーザー空間の関数を監視するプローブ。
Uretprobe: ユーザー空間の関数の戻り値を監視するプローブ。
Tracepoint: カーネルやライブラリが提供する静的なトレース点。軽量で安定して運用しやすい。
Function probe: 特定の関数の入口・出口などを対象とするプローブ。
Syscall probe: システムコールのエントリ/エグジットを追跡するプローブ。
BEGIN: スクリプト開始時に一度だけ実行されるブロック。環境設定に便利。
END: スクリプト終了時に一度だけ実行されるブロック。
Kernel module: SystemTap はカーネルモジュールをロードして、実行中のカーネルイベントを捕捉する。
STP script: 拡張子 .stp の SystemTap スクリプトファイル。
Tapset library: Tapset のライブラリ群。/usr/share/systemtap/tapset などに配置され、既存のプローブを簡単に利用できる。
Output method: printf または print などを使ってデータを標準出力やファイルへ出力する。
Aggregation: histogram、count、sum、avg などの集計機能でイベントを要約して表示できる。
Prerequisites: ビルドと実行に必要なソフトウェアとヘッダ群。gcc、make、kernel-headers、glibc-devel など。
Security considerations: root 権限が必要。Secure Boot やモジュール署名の設定により制限されることがある。
Alternatives: DTrace、eBPF/bpftrace、BCC など Linux の他の動的トレーシング技術と比較される。
Compatibility/Limitations: カーネルのバージョンや構成に依存し、オーバーヘッドや挙動の違いが生じることがある。