論文の概要: EPSO: A Caching-Based Efficient Superoptimizer for BPF Bytecode

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.15589v1
• Date: Wed, 19 Nov 2025 16:21:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-20 15:51:28.897038
• Title: EPSO: A Caching-Based Efficient Superoptimizer for BPF Bytecode
• Title（参考訳）: EPSO:BPFバイトコードのキャッシングに基づく効率的な最適化
• Authors: Qian Zhu, Yuxuan Liu, Ziyuan Zhu, Shangqing Liu, Lei Bu,
• Abstract要約: キャッシュベースのスーパーオプティマイザであるEPSOを提案し、オフラインのスーパーオプティマイゼーションによって書き換えルールを発見し、それを再利用してランタイムオーバーヘッドを最小限に抑えた高品質な最適化を実現する。 我々は、LinuxカーネルやCilium、Katran、hXDP、Sysdig、Tetragon、Traceeなど、いくつかのeBPFベースのプロジェクトのベンチマークでEPSOを評価した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.043472068899733
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Extended Berkeley Packet Filter (eBPF) allows developers to extend Linux kernel functionality without modifying its source code. To ensure system safety, an in-kernel safety checker, the verifier, enforces strict safety constraints (for example, a limited program size) on eBPF programs loaded into the kernel. These constraints, combined with eBPF's performance-critical use cases, make effective optimization essential. However, existing compilers (such as Clang) offer limited optimization support, and many semantics-preserving transformations are rejected by the verifier, which makes handcrafted optimization rule design both challenging and limited in effectiveness. Superoptimization overcomes the limitations of rule-based methods by automatically discovering optimal transformations, but its high computational cost limits scalability. To address this, we propose EPSO, a caching-based superoptimizer that discovers rewrite rules via offline superoptimization and reuses them to achieve high-quality optimizations with minimal runtime overhead. We evaluate EPSO on benchmarks from the Linux kernel and several eBPF-based projects, including Cilium, Katran, hXDP, Sysdig, Tetragon, and Tracee. EPSO discovers 795 rewrite rules and achieves up to 68.87 percent (average 24.37 percent) reduction in program size compared to Clang's output, outperforming the state-of-the-art BPF optimizer K2 on all benchmarks and Merlin on 92.68 percent of them. Additionally, EPSO reduces program runtime by an average of 6.60 percent, improving throughput and lowering latency in network applications.
• Abstract（参考訳）: 拡張バークレーパケットフィルタ(eBPF)により、開発者はソースコードを変更することなくLinuxカーネル機能を拡張できる。 システムの安全性を確保するため、カーネル内のセーフティチェッカーである検証器は、カーネルにロードされたeBPFプログラムの厳格な安全性制約(例えば、プログラムサイズが制限されている)を強制する。 これらの制約とeBPFのパフォーマンスクリティカルなユースケースが組み合わさって、効果的な最適化が不可欠である。 しかし、既存のコンパイラ(Clangなど)は限定的な最適化サポートを提供しており、多くのセマンティックス保存変換は検証者によって拒否されるため、手作業による最適化ルール設計は困難かつ有効性に制限される。 超最適化は最適な変換を自動的に発見することでルールベースの手法の限界を克服するが、その高い計算コストはスケーラビリティを制限する。 そこで我々は,キャッシュベースのスーパー最適化ツールEPSOを提案し,オフラインのスーパー最適化による書き換えルールを発見し,ランタイムオーバーヘッドを最小限に抑えて高品質な最適化を実現する。 我々は、LinuxカーネルやCilium、Katran、hXDP、Sysdig、Tetragon、Traceeなど、いくつかのeBPFベースのプロジェクトのベンチマークでEPSOを評価した。 EPSOは795の書き換え規則を発見し、Clangの出力よりも68.87パーセント(平均24.37パーセント)のプログラムサイズ削減を実現し、全てのベンチマークで最先端のBPFオプティマイザK2と92.68パーセントのマーリンを上回った。 さらにEPSOは、プログラムランタイムを平均6.60%削減し、スループットを改善し、ネットワークアプリケーションのレイテンシを下げる。

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