4、第一个热补丁：编写简单的热补丁模块

说实话，很多初学者一上来就被「热补丁」这三个字吓住了。觉得这东西肯定特别复杂，得懂内核调度、懂内存管理、懂各种底层机制。其实不然。我当年第一次写热补丁模块时，也就花了半天时间。说白了，它就是一个特殊的内核模块，只不过多了一些「热补丁专属」的结构体。

这一节，我们就手把手写一个最简单的热补丁模块。目标很明确：替换一个内核函数，让它打印不同的日志。你跟着我走一遍，就会发现这东西没那么玄乎。

4.1 热补丁模块的基本骨架

先看整体结构。一个热补丁模块，本质上还是一个内核模块。它需要：

• 一个 klp_modinfo 结构体，描述补丁信息
• 一个 klp_patch 结构体，描述要替换的函数
• 模块的 init 和 exit 函数，负责注册和注销

嗯，这里要注意：klp_modinfo 是热补丁的「身份证」。内核靠它来识别这个补丁是谁打的、打了哪些函数、版本对不对。

4.2 编写 klp_modinfo 结构体

我个人习惯，写热补丁模块时，先把 klp_modinfo 定义好。就像盖房子先打地基一样。

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/livepatch.h>

// 被替换的原函数
static int original_func(int a, int b)
{
    printk(KERN_INFO "original_func: a=%d, b=%d, sum=%d\n", a, b, a + b);
    return a + b;
}

// 替换后的新函数
static int patched_func(int a, int b)
{
    printk(KERN_INFO "patched_func: a=%d, b=%d, product=%d\n", a, b, a * b);
    return a * b;
}

// 定义 klp_func 数组，描述要替换的函数
static struct klp_func funcs[] = {
    {
        .old_name = "original_func",
        .new_func = patched_func,
    },
    { }
};

// 定义 klp_object，描述要替换的对象（这里是 vmlinux）
static struct klp_object objs[] = {
    {
        .name = NULL,  // NULL 表示替换 vmlinux 中的函数
        .funcs = funcs,
    },
    { }
};

// 定义 klp_patch，描述整个补丁
static struct klp_patch patch = {
    .mod = THIS_MODULE,
    .objs = objs,
};

你看，代码其实不长。关键点就三个：

• klp_func：描述「旧函数名」和「新函数指针」的对应关系
• klp_object：描述要替换哪个模块里的函数（NULL 表示内核本身）
• klp_patch：把上面两个打包成一个补丁

4.3 注册与注销热补丁

结构体定义好了，接下来就是注册和注销。这部分和普通内核模块的 init/exit 很像，但用的是热补丁专用的 API。

static int __init livepatch_init(void)
{
    int ret;

    ret = klp_enable_patch(&patch);
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "livepatch: failed to enable patch (%d)\n", ret);
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "livepatch: patch enabled successfully\n");
    return 0;
}

static void __exit livepatch_exit(void)
{
    // 热补丁模块卸载时，内核会自动恢复原函数
    // 不需要手动调用 klp_disable_patch
    printk(KERN_INFO "livepatch: patch disabled\n");
}

module_init(livepatch_init);
module_exit(livepatch_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_INFO(livepatch, "Y");  // 标记这是一个热补丁模块

这里有个细节：为什么 exit 里不需要调用 klp_disable_patch？ 我当初也困惑过。后来看了内核源码才明白——内核在卸载热补丁模块时，会自动遍历所有已启用的补丁，逐个恢复原函数。你手动调用反而可能出问题。

4.4 加载与卸载内核模块

模块写好了，怎么加载？和普通模块一样，用 insmod 和 rmmod。

# 编译模块
make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules

# 加载热补丁
sudo insmod livepatch.ko

# 查看内核日志，确认补丁已生效
dmesg | tail -5

# 测试：调用原函数（如果原函数被其他模块调用，会看到 patched_func 的输出）
# 卸载热补丁
sudo rmmod livepatch

加载成功后，你可以在 /sys/kernel/livepatch/ 目录下看到补丁的状态：

$ cat /sys/kernel/livepatch/livepatch/enabled
1

1 表示补丁已启用。如果显示 0，说明补丁加载了但没生效。这时候就要检查 klp_func 里的函数名是否拼写正确。

4.5 完整代码示例

我把上面所有代码整合到一起，方便你直接使用：

// livepatch.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/livepatch.h>

static int original_func(int a, int b)
{
    printk(KERN_INFO "original_func: a=%d, b=%d, sum=%d\n", a, b, a + b);
    return a + b;
}

static int patched_func(int a, int b)
{
    printk(KERN_INFO "patched_func: a=%d, b=%d, product=%d\n", a, b, a * b);
    return a * b;
}

static struct klp_func funcs[] = {
    {
        .old_name = "original_func",
        .new_func = patched_func,
    },
    { }
};

static struct klp_object objs[] = {
    {
        .name = NULL,
        .funcs = funcs,
    },
    { }
};

static struct klp_patch patch = {
    .mod = THIS_MODULE,
    .objs = objs,
};

static int __init livepatch_init(void)
{
    int ret = klp_enable_patch(&patch);
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "livepatch: failed (%d)\n", ret);
        return ret;
    }
    printk(KERN_INFO "livepatch: enabled\n");
    return 0;
}

static void __exit livepatch_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "livepatch: disabled\n");
}

module_init(livepatch_init);
module_exit(livepatch_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_INFO(livepatch, "Y");

4.6 热补丁模块的核心流程

为了让你更直观地理解整个过程，我画了一张流程图：

从这张图你能看到，整个流程是线性的：先定义数据结构，再注册，最后加载。卸载时内核自动帮你恢复原函数。说白了，就是「定义-注册-加载-卸载」四个步骤。

4.7 避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

• 函数名必须完全匹配：包括大小写。内核用 kallsyms 查找函数地址，拼写错一个字就找不到。
• 被替换的函数不能是 static 的：static 函数不会被导出到符号表，热补丁找不到它。
• 新函数的签名必须和原函数一致：参数个数、类型、返回值都要一样。否则调用时会栈崩溃。
• 先测试再部署：我习惯在测试机上先 insmod/rmmod 三次，确认没问题再上生产。

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