# Linux 内核模块 ## 目的指导代理编写可加载的 Linux 内核模块 (LKM)：Kbuild 构建系统、模块参数、/proc 和 sysfs 接口、字符设备实现、使用 KGDB 和“ftrace”进行内核调试以及安全启动的模块签名。 ## 触发器 * “如何编写 Linux 内核模块？” * “如何向我的内核模块添加参数？” * “如何创建 /proc 或 sysfs 条目？” * “如何实现字符设备驱动程序？” * “如何使用 KGDB 调试内核模块？” *“如何为安全启动签署内核模块？” ## 工作流程 ### 1\.最小内核模块 // hello.c — 最小可加载内核模块 #include #include #include MODULE_LICENSE(“GPL”); MODULE_AUTHOR("你的名字"); MODULE_DESCRIPTION("最小的 hello world 模块"); MODULE_VERSION(“1.0”); 静态 int __init hello_init(void) { printk(KERN_INFO "你好：模块已加载\n"); 返回0； // 非零 = 加载失败 } 静态无效 __exit hello_exit(void) { printk(KERN_INFO "hello: 模块已卸载\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); # Makefile — 对于 Kbuild 来说必须是这个结构 obj-m := 你好.o KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build 全部： $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) 模块干净： $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) 干净 # 构建使 # 加载须藤 insmod hello.ko # 检查是否已加载 lsmod | grep 你好 dmesg | tail -5 # 查看 printk 输出 # 卸载须藤 rmmod 你好 # 显示模块信息 modinfo hello.ko ### 2\.模块参数 #include 静态整数计数 = 1；静态字符*名称=“世界”； // module_param(变量、类型、权限) // 权限：0 = 无 sysfs 条目，S_IRUGO = 可读，S_IWUSR = 可写 module_param(count, int, S_IRUGO | S_IWUSR); MODULE_PARM_DESC(count, "打印次数（默认：1）"); module_param（名称，charp，S_IRUGO）； MODULE_PARM_DESC(name, "问候名称（默认：世界）"); 静态 int __init hello_init(void) { 整数我； for (i = 0; i < 计数; i++) printk(KERN_INFO "你好：你好，%s!\n", name); 返回0； } # 加载时传递参数 sudo insmod hello.ko count=3 name="kernel" # 在运行时修改（如果设置了 S_IWUSR） echo 5 > /sys/module/hello/parameters/count ### 3\. /proc 文件系统接口 #include #include 静态结构 proc_dir_entry *proc_entry; 静态 int mymod_show(struct seq_file *m, void *v) { seq_printf(m, "计数器: %d\n", my_counter); seq_printf(m, "状态: %s\n", my_status ? "活动" : "空闲"); 返回0； } static int mymod_open(结构 inode *inode, 结构文件 *file) { 返回 single_open(文件, mymod_show, NULL); } 静态常量结构 proc_ops mymod_fops = { .proc_open = mymod_open, .proc_read = seq_read, .proc_lseek = seq_lseek, .proc_release = single_release, }; 静态 int __init mymod_init(void) { proc_entry = proc_create("mymod", 0444, NULL, &mymod_fops); 如果（！proc_entry）返回-ENOMEM；返回0； } 静态无效 __exit mymod_exit(void) { proc_remove(proc_entry); } 猫 /proc/mymod ### 4\.系统文件系统接口 #include #include 静态结构 kobject *mymod_kobj; 静态 int mymod_value = 42; 静态 ssize_t value_show(struct kobject *kobj, 结构 kobj_attribute *attr, char *buf) { 返回 sprintf(buf, "%d\n", mymod_value); } 静态 ssize_t value_store(struct kobject *kobj, 结构 kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t 计数) { sscanf(buf, "%d", &mymod_value); 返回计数； } 静态结构 kobj_attribute value_attr = __ATTR(值, 0664, value_show, value_store); 静态 int __init mymod_init(void) { mymod_kobj = kobject_create_and_add("mymod", kernel_kobj); if (!mymod_kobj) 返回 -ENOMEM；返回 sysfs_create_file(mymod_kobj, &value_attr.attr); } 静态无效 __exit mymod_exit(void) { sysfs_remove_file(mymod_kobj, &value_attr.attr); kobject_put(mymod_kobj); } 猫 /sys/kernel/mymod/value 回声 100 > /sys/kernel/mymod/value ### 5\.字符设备 #include #include #include #define DEVICE_NAME“mydev” #定义BUF_SIZE 1024 静态 int 专业；静态结构 cdev my_cdev； static char kernel_buf[BUF_SIZE]; static int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file) { return 0; } static int mydev_release(struct inode *inode, struct file *file) { return 0; } } static ssize_t mydev_read(struct file *f, char __user *buf, size_t len, loff_t *off) { size_t to_copy = min(len, (size_t)BUF_SIZE); if (copy_to_user(buf, kernel_buf, to_copy)) 返回 -EFAULT; 返回_复制； } static ssize_t mydev_write(struct file *f, const char __user *buf, size_t len, loff_t *off) { size_t to_copy = min(len, (size_t)(BUF_SIZE - 1)); if (copy_from_user(kernel_buf, buf, to_copy)) 返回 -EFAULT; kernel_buf[to_copy] = '\0'; 返回_复制； } 静态常量 struct file_operations mydev_fops = { .owner = THIS_MODULE， .open = mydev_open, .release = mydev_release, .read = mydev_read, .write = mydev_write， }; 静态 int __init mydev_init(void) { 主要 = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &mydev_fops); if (专业 < 0) 返回专业； printk(KERN_INFO "mydev: 已注册专业 %d\n", 主要); 返回0； } # 创建设备节点（加载模块后） sudo mknod /dev/mydev c $(cat /proc/devices | grep mydev | awk '{print $1}') 0 回声“测试”> /dev/mydev 猫 /dev/mydev ### 6\.使用 KGDB 和 ftrace 进行调试 # KGDB — 通过串行/网络的内核 GDB # 启动方式：kgdboc=ttyS0,115200 kgdbwait # 或者通过网络：kgdboe=@192.168.1.10/,@192.168.1.11/ # 在调试主机上： gdb 虚拟机Linux (gdb) 目标远程 /dev/ttyS0 (gdb) 设置架构 i386:x86-64:intel (gdb) 信息寄存器 # ftrace — 内核函数跟踪器 echo 函数 > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer echo mymod_write > /sys/kernel/debug/tracing/set_ftrace_filter echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 猫/系统/内核/调试/跟踪/跟踪 # 动态调试 — 启用 pr_debug() 输出 echo“模块你好+p”> /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control ### 7\.模块签名（安全启动） # 生成签名密钥 openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 \ -keyout 签名_key.pem -out 签名_cert.pem \ -days 365 -subj "/CN=模块签名密钥/" -nodes # 对模块进行签名 /usr/src/linux-headers-$(uname -r)/scripts/sign-file \ sha256 签名_key.pem 签名_cert.pem hello.ko # 将证书导入MOK数据库 sudo mokutil --导入signing_cert.pem #（需要重新启动并在 UEFI 上注册 MOK）有关 Kbuild 系统的详细信息，请参阅 [references/kbuild-basics.md]()。 ## 相关技能 * 使用 `skills/observability/ebpf` 进行不带模块的用户空间内核跟踪 * 使用 `skills/debuggers/gdb` 与 KGDB 进行 GDB 会话管理 * 使用 `skills/binaries/elf-inspection` 来检查模块 ELF 结构

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