Kpatch 使用过程及其原理

青旅半醒 2022-05-31 05:11 471阅读 0赞

1、简介

给 Linux 内核动态打补丁而不必重启系统是最近的一项 热点技术 。 虽然此前已经有了 Ksplice 来达到此类目  
的 ， 但最近 SUSE 和 Redhat 却先后推出了类似的项目 。 其中，前者为 kGraft， 后者是 kpatch。

**kGraft ：** 为了使 Linux 管理人员更容易的安装重要的 Kernel 安全补丁，同时又不让系统宕机，SUSE Labs 开发了 kGraft。kGraft 使用一组diff文件来计算内核中需要修改的部分。Kgraft在做替换时，不需要完全停止内核。 在打补丁时，正在运行的函数可以先使用老版本或新内核中对应的部分，当补丁打完后就可以完全切换新的版本。

**kpatch ：** Redhat 目前已经以 GPLv2 许可发布了kpatch 的源代码 ，其主要包含以下 4 个组件 ：

*  kpatch-build: 用来将 source diff patch 转换成 hot patch module；
 *  hot patch module: 包含替代函数及原始函数元数据的内核模块；
 *  kpatch core module: 为 hot patch 注册新的函数以用于替换提供接口的内核模块；
 *  kpatch utility: 允许用户管理 hot patch 模块的命令行工具；

Kpatch运行时并不将内核调用重定向到老版本。相反，它会等待所有函数调用都停止时，再切换到新内核。Red Hat的工程师认为这种方法更为安全，且更容易维护，缺点就是在打补丁的过程中会带来更大的延迟。

2、Kpatch 详解

下面我们就来详细的看一下Kpatch的使用过程及原理

Kpatch安装见：[http://blog.csdn.net/u012343297/article/details/79147781][http_blog.csdn.net_u012343297_article_details_79147781]  
Kpatch原理：  
kpatch 主要有两个组件 kpatch build 和 kpatch.ko

kpatch build — 主要用来建立一个二进制的 patch 模块

kpatch.ko — kpatch产生的内核模块  
![这里写图片描述][70]  
kpatch 提供了一个 kaptch\_register() 的接口函数主要用来为 “patch modules” 作函数替换，即： 该接口函数的主要作用是将旧函数用新函数替换掉（这里的新函数就是我们要打的补丁函数）。

kpatch 使用Ftrace 进行打补丁的操作

*  使用hook 链接到目标函数寄存器
 *  修改 regs->ip 指针，将其指向新函数  
    ![这里写图片描述][70 1]

考虑如下两个问题是否会出现？

1、如果需要打补丁的函数正在执行，kaptch 将如何操作？  
2、新的函数和旧的函数是否会同时执行？  
为了避免以上两个问题的出现，kaptch 在运行过程中会确保旧函数不被执行（ 使用 stop\_machine() 检查栈）：  
![这里写图片描述][70 2]

其大致流程如下：  
![这里写图片描述][70 3]

1、补丁进程 增加一个ftrace 跟踪项（eg：foo() 函数），追踪哪些进程使用旧foo()函数；  
2、调用 stop\_machine 停止所有正在运行的进程和中断，并且遍历 stop\_machine 的返回值，用来确保旧的foo() 函数确实已经被停止。检查旧的 foo() 函数在栈中的位置  
3、更新hash 表，使函数调用栈中的指针指向新的 foo()函数，但是旧的foo()函数的指针地址保留方便还原。

[http_blog.csdn.net_u012343297_article_details_79147781]: http://blog.csdn.net/u012343297/article/details/79147781
[70]: /images/20220531/2fc95ba0aa2d41ac94ec91e88f445173.png
[70 1]: /images/20220531/9b0fb18d2de645fe86607d250b4f7b09.png
[70 2]: /images/20220531/5fe38d4c1cfe4ea6b44ffa322777c668.png
[70 3]: /images/20220531/61c6061d04f94f1b8c75023e1161d944.png