热补丁原理

1. 代码替换机制：Ftrace 与跳转指令

热补丁的核心技术基于 Ftrace（Function Tracer） 框架：

• 跳转指令替换：利用 x86 架构下 call 指令（5 字节）或 ARM64 的 b 指令，在函数入口处插入跳转到新函数的指令
• 运行时原子写入：通过 text_poke() 等接口在运行中安全地修改内核代码段（.text），通常需要内存页写权限临时开启
• 旧函数保留：原始函数体保留，仅入口被"劫持"，保证正在执行的旧函数实例能安全返回

2. 一致性模型：Klp 与 Kgraft

Linux 社区主要采用两种一致性保证策略：KLP (Kernel Live Patching) - 主线采用：

• 停止点（Consistency Model）：利用内核已有的 klp_update_patch_state() 机制，通过任务状态标志位跟踪
• 原子切换：当所有 CPU 都经过安全点（如系统调用返回、中断返回）时，新代码路径对所有后续调用生效
• 栈回溯检查：确保没有任务正在执行被补丁函数的旧版本（通过 walk_stack() 检查）Kgraft - SUSE 方案（历史）：
• 采用类似 RCU 的延迟释放机制，旧代码持续运行直到所有引用退出

3. 数据结构：Livepatch 模块

// 核心结构体structklp_func {void *old_func;      // 指向原函数void *new_func;      // 指向补丁函数char *old_name;      // 符号名（用于查找）structklp_object *obj;};structklp_patch {structklp_object *objs;structlist_headlist;bool enabled;// ...};

4. 加载与激活流程

1. 模块加载：通过 insmod patch.ko 加载包含新函数的 ELF 模块
2. 符号解析：klp_resolve_symbols() 解析旧函数地址（通过 kallsyms）
3. 注册补丁：调用 klp_enable_patch() 注册到 livepatch 子系统
4. 一致性等待：遍历所有任务，检查栈中是否包含被替换函数
5. 原子激活：所有 CPU 同步后，通过 arch_klp_patch_func() 写入跳转指令
6. 生效确认：后续调用直接进入新函数路径

5. 限制与边界

• 非语义变更：只能修改函数实现，不能改变数据结构布局（结构体字段增减）
• 无静态变量变更：不能修改全局/静态变量语义，因为旧模块仍在引用
• 调用约定保持：新函数必须保持与原函数相同的 ABI（参数、返回值、调用约定）
• 安全点依赖：需要内核配置 CONFIG_LIVEPATCH 和 CONFIG_DYNAMIC_FTRACE

热补丁制作工具

kpatch-build kpatch-build 是一款热补丁制作工具，可在不重启系统和中断业务的情况下对操作系统内核进行CVE和Bug修复。 支持架构： X86，ARM64 上游社区：https://github.com/dynup/kpatch![[Pasted image 20260508174701.png]]

准备工作

以Redhat系列linux为例

1. 依赖准备 确保可以编译内核和驱动

yum install -y make gcc patch bison flex openssl-devel elfutils elfutils-devel dwarves bc perl

1. 内核信息准备 下载kernel-debuginfo,kernel-devel,kernel source
2. 安装kpatch-build 可以选择直接按照官方编译的rpm包，或自己编译

• rpm安装yum install kpatch-build
• 编译

wget https://gitee.com/anolis/kpatch-build/repository/archive/master.zip

解压v0.9.9.tar.gz

调用patch.sh脚本，把仓库中的patch打上源码

./patch.sh

进入kpatch-0.9.9目录下 如果你是需要使用kpatch core module加载(即kpatch.ko)，设置BUILDMOD=yes

make BUILDMOD=yes && make BUILDMOD=yes install

如果不需要使用kpatch.ko，使用livepatch

make && make install

kpatch-build使用

kpatch-build -n kpatch-test  -s /root/hotfix/linux-4.19.91-26.4.an7 -c /root/hotfix/.config -v /root/hotfix/vmlinux -o /root/hotfix/output/ -dddddd -R  /root/hotfix/test-livepatch.patch 

其中：

-n 补丁名称-s：指向源代码目录-c: config文件-v: vmlinux文件-o: 产物输出目录test-livepatch.patch：补丁文件-d: 输出debug信息

制作oot hotfix

制作oot hotfix的过程与制作kernel hotfix的过程一致，只是输出参数区别

kpatch-build -s {path_to_kernel_source} -c {path_to_kernel_config} -v {path_to_kernel_vmlinux}  --oot-module-src {path_to_oot_module_source} --oot-module {path_to_oot_module_ko} {path_to_patch_file}

使用说明

热补丁中自带kpatch管理工具 加载热补丁：

kpatch load kpatch-test.ko

卸载热补丁：

kpatch unload kpatch-test.ko

热补丁列表：

kpatch list 

示例

linux低版本bond驱动新增双发arp功能

准备

1. 安装kernel相关debuginfo包
2. arp双发patch

--- bonding/bond_main.c 2026-05-01 01:07:34.956327587 -0400+++ bonding/bond_main.c 2026-05-01 01:11:01.920233936 -0400@@ -4614,6 +4614,8 @@        return slave; }+static netdev_tx_t bond_xmit_broadcast(struct sk_buff *skb,+                                      struct net_device *bond_dev); /* Use this Xmit function for 3AD as well as XOR modes. The current  * usable slave array is formed in the control path. The xmit function  * just calculates hash and sends the packet out.@@ -4625,6 +4627,10 @@        struct bond_up_slave *slaves;        struct slave *slave;+       if ( skb->protocol == htons(ETH_P_ARP) ) {+               return bond_xmit_broadcast(skb, dev);+       }+        slaves = rcu_dereference(bond->usable_slaves);        slave = bond_xmit_3ad_xor_slave_get(bond, skb, slaves);        if (likely(slave))

1. 编译脚本build.sh

path_to_kernel_source=/lib/modules/4.18.0-372.9.1.el8.x86_64/buildpath_to_kernel_config=/boot/config-4.18.0-372.9.1.el8.x86_64path_to_kernel_vmlinux=/usr/lib/debug/lib/modules/4.18.0-372.9.1.el8.x86_64/vmlinuxpath_to_oot_module_source=/root/bondingorigpath_to_oot_module_ko=/root/bonding.kopath_to_patch_file=/root/arp.patchkpatch-build -s ${path_to_kernel_source} -c ${path_to_kernel_config} -v ${path_to_kernel_vmlinux}  --oot-module-src ${path_to_oot_module_source} --oot-module ${path_to_oot_module_ko} ${path_to_patch_file} -t ''

1. 编译

sh build.sh

1. 安装

kpatch load livepatch-arp.ko

注意

热补丁加载时，需要确保所有CPU都完成函数替换，所以如果有其他进程长时间占用CPU，可能导致加载热补丁失败，需要其他进程释放CPU后才能成功。