eBPF چیست و چگونه امنیت و کارایی سرورهای لینوکسی را متحول کرده است؟

سیستم‌عامل لینوکس ستون فقرات اینترنت است. تقریباً هر سروری که امروز خدمات ابری، میزبانی وب، یا پردازش داده ارائه می‌دهد، روی لینوکس اجرا می‌شود. با رشد روزافزون زیرساخت‌های ابری و معماری‌های مبتنی بر کانتینر، نیاز به امنیت، مانیتورینگ و کارایی بالا بیش از همیشه احساس می‌شود.

اما مشکل اینجاست که بسیاری از ابزارهای سنتی مانند iptables یا tcpdump برای دنیای مدرن کافی نیستند. آن‌ها یا نیاز به تغییر در کرنل دارند، یا باعث کاهش Performance می‌شوند، یا دید کافی به رفتار سیستم ندارند.

در این میان، فناوری جدیدی در قلب لینوکس متولد شده که همه چیز را تغییر داده است: eBPF (Extended Berkeley Packet Filter).
eBPF به ما اجازه می‌دهد بدون تغییر در کرنل، کدهای دلخواه خود را داخل هسته سیستم‌عامل اجرا کنیم — با امنیت بالا، کارایی فوق‌العاده و انعطاف بی‌نظیر.

این مقاله به زبان ساده توضیح می‌دهد که eBPF چیست، چگونه کار می‌کند، و چرا آینده‌ی امنیت و کارایی سرورها به آن وابسته است.

eBPF چیست؟

eBPF مخفف Extended Berkeley Packet Filter است. در ابتدا (اوایل دهه ۹۰ میلادی)، BPF برای فیلتر کردن بسته‌های شبکه در ابزارهایی مانند tcpdump ساخته شد.
اما در نسخه‌های جدید لینوکس، این فناوری متحول شد و از یک فیلتر شبکه ساده به ماشین مجازی درون کرنل تبدیل شد.

در واقع eBPF به شما اجازه می‌دهد برنامه‌های کوچکی را درون کرنل اجرا کنید تا رفتار سیستم را مانیتور، تحلیل یا حتی تغییر دهند — بدون نیاز به ماژول کرنل یا کامپایل مجدد آن.

این کدها در محیطی امن و ایزوله (sandboxed) اجرا می‌شوند تا به ثبات سیستم آسیبی نزنند.

به بیان ساده‌تر:

eBPF یعنی اجرای هوشمند و ایمن کد در دل کرنل برای دیدن، درک و کنترل رفتار سیستم.

چگونه eBPF کار می‌کند؟

کرنل لینوکس به صورت پیش‌فرض اجازه اجرای کدهای خارجی را نمی‌دهد چون ممکن است باعث ناپایداری یا آسیب امنیتی شود.
eBPF این محدودیت را با ایجاد یک ماشین مجازی کوچک در داخل کرنل حل می‌کند.

🔸 ساختار کلی eBPF

eBPF از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

1. Programs — کدهای کوچکی که با زبان C نوشته می‌شوند و روی نقاط خاص سیستم (Hooks) متصل می‌شوند.
2. Maps — ساختار داده‌های مشترک بین User Space و Kernel Space برای ذخیره اطلاعات.
3. Verifier — سیستمی که پیش از اجرای هر برنامه، کد را بررسی می‌کند تا خطری برای کرنل نداشته باشد.

پس از تأیید Verifier، برنامه eBPF به بایت‌کد تبدیل شده و روی یکی از نقاط زیر اجرا می‌شود:

• System Calls
• Network Sockets
• Tracepoints
• Kernel Functions
• XDP (Express Data Path)

این یعنی شما می‌توانید عملکرد دقیق CPU، شبکه، حافظه یا حتی درخواست‌های خاص سیستم را رصد کنید، بدون اینکه فرآیندها را متوقف کنید یا تغییری در کرنل دهید.

چرا eBPF انقلابی است؟

پیش از eBPF، برای هر نوع مانیتورینگ یا تغییر در رفتار سیستم باید یک ماژول جدید برای کرنل نوشته می‌شد. این کار خطرناک و پرهزینه بود.
اما حالا با eBPF، می‌توان در زمان اجرا، برنامه‌هایی بسیار سبک و سریع را داخل کرنل بارگذاری کرد که تنها در صورت نیاز فعال می‌شوند.

ویژگی‌های کلیدی eBPF:

• بدون نیاز به Patch یا Recompile کرنل
• اجرای ایمن در محیط ایزوله (Sandbox)
• دسترسی مستقیم به داده‌های سطح پایین سیستم
• کارایی بسیار بالا (Near-Native Performance)
• انعطاف فوق‌العاده برای توسعه ابزارهای امنیتی و مانیتورینگ

کاربردهای eBPF در سرورها

۱. مانیتورینگ و Observability

یکی از پرکاربردترین زمینه‌های eBPF، مانیتورینگ سیستم است.
با استفاده از ابزارهایی مانند BPFtrace یا bcc-tools می‌توان هر رفتار سیستمی را بدون نصب Agent سنگین رصد کرد.

برای مثال، می‌توان تمام System Callهایی که یک فرایند انجام می‌دهد را در لحظه مشاهده کرد:

sudo bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_* { @[probe] = count(); }'

این دستور تمام Syscallها را در کرنل مانیتور کرده و تعداد اجرای هر کدام را نشان می‌دهد.

برخلاف ابزارهایی مثل strace، اجرای این دستور هیچ وقفه‌ای در کار سیستم ایجاد نمی‌کند.

۲. امنیت شبکه و فایروال نسل جدید

یکی از جذاب‌ترین پروژه‌های مبتنی بر eBPF، Cilium است.
Cilium یک پلتفرم شبکه و امنیت برای Kubernetes است که با استفاده از eBPF، ترافیک بین Podها را در سطح کرنل کنترل می‌کند — بدون iptables.

نتیجه؟

• افزایش سرعت پردازش بسته‌ها (Packet Processing)
• حذف Bottleneckهای iptables
• امنیت دقیق در سطح سرویس و API

در واقع Cilium نه‌تنها فایروال است، بلکه Network Policy Engine نسل جدید است.

مثلاً در یک خوشه Kubernetes می‌توانید سیاستی تنظیم کنید که فقط سرویس API با پایگاه داده صحبت کند، آن‌هم از طریق پورت خاص — بدون نیاز به تنظیم فایروال‌های سنتی.

۳. Performance Tuning و Network Acceleration

eBPF فقط برای امنیت نیست. با استفاده از ویژگی XDP (Express Data Path)، می‌توان مسیر پردازش بسته‌های شبکه را کوتاه کرد.

در حالت عادی، هر بسته شبکه قبل از رسیدن به اپلیکیشن باید از چندین لایه عبور کند. XDP به کمک eBPF اجازه می‌دهد بخشی از این مسیر را حذف کنید.

نتیجه این کار:

• کاهش Latency تا ۴۰٪
• افزایش Throughput شبکه
• صرفه‌جویی در مصرف CPU

شرکت‌های بزرگی مثل Cloudflare، Meta و Google در زیرساخت‌های CDN خود از XDP برای تسریع ارتباط‌ها استفاده می‌کنند.

۴. Tracing و Debugging بدون Downtime

گاهی لازم است بفهمیم چرا سرور کند شده یا چرا یک برنامه بیش از حد از حافظه استفاده می‌کند.
با ابزارهایی مانند BPFtrace و bcc می‌توان تمام فراخوانی‌های سیستمی را در لحظه بررسی کرد، بدون نیاز به ریبوت یا نصب ماژول جدید.

مثلاً دستور زیر نشان می‌دهد کدام فرآیند بیشترین زمان CPU را اشغال کرده است:

sudo bpftrace -e 'profile:hz:99 { @[comm] = count(); }'

خروجی آن به شما می‌گوید چه برنامه‌ای بیشترین فشار را روی پردازنده دارد.

این سطح از دید در هیچ ابزار سنتی مثل top یا ps وجود ندارد.

ابزارها و اکوسیستم eBPF

در چند سال اخیر، eBPF به یک اکوسیستم عظیم از ابزارها تبدیل شده است. مهم‌ترین پروژه‌ها عبارت‌اند از:

eBPF در حال حاضر توسط شرکت‌های بزرگی مثل Meta، Netflix، Cloudflare و Red Hat در سطح تولید (Production) استفاده می‌شود.

مزایای eBPF نسبت به روش‌های سنتی

به بیان ساده: eBPF همان چیزی است که iptables می‌خواست باشد ولی نتوانست.

eBPF در محیط‌های Cloud و Container

در محیط‌هایی مثل Docker و Kubernetes، ترافیک میان‌سرویسی (East-West Traffic) بسیار زیاد است.
استفاده از iptables در این مقیاس باعث افت سرعت می‌شود.

اما با eBPF، هر Pod یا Container می‌تواند برنامه‌ی امنیتی خودش را در کرنل داشته باشد. این یعنی:

• کنترل دقیق در سطح سرویس
• جداسازی بهتر بین ترافیک‌ها
• کاهش سربار شبکه

به همین دلیل، Kubernetes امروز از Cilium به‌عنوان یکی از **Container Network Interface (CNI)**‌های اصلی پشتیبانی می‌کند.

امنیت کرنل با eBPF

ممکن است بپرسید: آیا اجرای کد در کرنل خطرناک نیست؟
پاسخ: خیر، چون eBPF دارای سیستم تأییدکننده (Verifier) است که پیش از اجرای هر برنامه، تمام دستورات را بررسی می‌کند.

اگر برنامه بخواهد به بخش خطرناک کرنل دسترسی پیدا کند یا وارد حلقه بی‌نهایت شود، Verifier جلوی اجرای آن را می‌گیرد.
علاوه بر آن، eBPF در یک محیط sandbox اجرا می‌شود و از حافظه و pointerهای کرنل محافظت می‌کند.

به همین دلیل است که شرکت‌هایی مانند Meta و Google میلیاردها درخواست روزانه را از طریق eBPF بدون هیچ اختلالی مدیریت می‌کنند.

آینده eBPF

eBPF در حال حاضر فقط برای لینوکس نیست؛ نسخه‌هایی از آن برای Windows و BSD هم در حال توسعه است.
مایکروسافت با پروژه‌ی eBPF for Windows این فناوری را به ویندوز سرور نیز آورده تا مدیران سیستم بتوانند از همان قدرت در محیط‌های ترکیبی استفاده کنند.

در آینده‌ی نزدیک، eBPF پایه‌ی اصلی ابزارهای Observability، Security و Network Performance در تمام سیستم‌عامل‌ها خواهد بود.

برخی کارشناسان معتقدند نسل بعدی زیرساخت‌های ابری بر مبنای eBPF ساخته خواهد شد؛ چون به جای “Monitoring External” از “Kernel Intelligence” استفاده می‌کند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

البته پیاده‌سازی eBPF بی‌چالش نیست:

• نیاز به نسخه‌های جدید لینوکس (۴.۱۸ به بالا)
• یادگیری مفاهیم پیچیده کرنل برای توسعه‌دهندگان
• محدودیت در مصرف حافظه‌ی Maps
• خطر استفاده نادرست از کدهای غیرایمن
  اما با ابزارهای جدیدی مثل BPFtrace و Cilium، استفاده از eBPF روزبه‌روز ساده‌تر می‌شود.

جمع‌بندی

eBPF یکی از مهم‌ترین تحولات در تاریخ لینوکس است.
با آن می‌توانید درون کرنل سرور خود بنگرید، عملکرد را تحلیل کنید، امنیت را بالا ببرید و رفتار سیستم را بهینه کنید — آن هم بدون افت کارایی یا نیاز به ماژول‌های پیچیده.

در واقع eBPF پلی است میان دنیای مانیتورینگ، امنیت و Performance.
فناوری‌ای که با کمترین تغییر، بیشترین دید و کنترل را به مدیران سیستم می‌دهد.

اگر تا امروز تنها از ابزارهای کلاسیک مانیتورینگ و فایروال استفاده می‌کردید، وقت آن رسیده که با eBPF آشنا شوید — مغز جدید لینوکس برای سرورهای آینده.

نوین هاست یار نوین شماست

در نوین هاست، ما همیشه به‌دنبال فناوری‌هایی هستیم که زیرساخت را سریع‌تر، امن‌تر و هوشمندتر کنند. اگر به دنبال میزبانی لینوکسی با کارایی بالا و امنیت مدرن هستید،
نوین هاست یار نوین شماست