编写和调试 Linux 可加载内核模块（LKM）时如何用…

当你需要编写、构建、调试或签名 Linux 可加载内核模块（LKM）时使用，覆盖 Kbuild、模块参数、/proc、sysfs、字符设备、KGDB/ftrace 调试与 Secure Boot 签名。

适用场景

解决思路

1. 编写最小内核模块：包含 <linux/module.h>、<linux/kernel.h>、<linux/init.h>，用 MODULE_LICENSE("GPL")、MODULE_AUTHOR、MODULE_DESCRIPTION、MODULE_VERSION 声明元数据；init 函数用 static int __init 标记并返回 0（非 0 表示加载失败），exit 函数用 static void __exit 标记，最后用 module_init() 和 module_exit() 注册。
2. 编写 Kbuild 的 Makefile：必须使用 obj-m := hello.o 结构，设置 KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build，all 目标执行 $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules，clean 目标执行 $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean。
3. 构建与加载模块：运行 make 构建，用 sudo insmod hello.ko 加载，用 lsmod | grep hello 检查是否加载，用 dmesg | tail -5 查看 printk 输出，用 sudo rmmod hello 卸载，用 modinfo hello.ko 查看模块信息。
4. 添加模块参数：包含 <linux/moduleparam.h>，用 module_param(变量, 类型, 权限) 声明（权限 0 表示不创建 sysfs 条目，S_IRUGO 可读，S_IWUSR 可写），用 MODULE_PARM_DESC 添加描述；加载时用 sudo insmod hello.ko count=3 name="kernel" 传参，运行时若设置了 S_IWUSR 可用 echo 5 > /sys/module/hello/parameters/count 修改。
5. 创建 /proc 接口：包含 <linux/proc_fs.h> 和 <linux/seq_file.h>，用 seq_printf 实现 show 函数，用 single_open 实现 open 函数，定义 struct proc_ops（proc_open、proc_read=seq_read、proc_lseek=seq_lseek、proc_release=single_release），用 proc_create("mymod", 0444, NULL, &mymod_fops) 创建，退出时用 proc_remove 删除；用 cat /proc/mymod 读取。
6. 创建 sysfs 接口：包含 <linux/kobject.h> 和 <linux/sysfs.h>，实现 show/store 函数（store 用 sscanf 解析并返回 count），用 __ATTR(value, 0664, value_show, value_store) 定义属性，用 kobject_create_and_add("mymod", kernel_kobj) 创建 kobject，用 sysfs_create_file 创建文件；退出时用 sysfs_remove_file 和 kobject_put 清理；用 cat/echo 读写 /sys/kernel/mymod/value。
7. 实现字符设备：包含 <linux/cdev.h>、<linux/fs.h>、<linux/uaccess.h>，实现 open/release/read/write 函数（read 用 copy_to_user，write 用 copy_from_user，并用 min 限制拷贝长度），定义 struct file_operations（owner=THIS_MODULE 及对应回调），用 register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &mydev_fops) 注册并获取主设备号；加载后用 sudo mknod /dev/mydev c <主设备号> 0 创建设备节点，再用 echo/cat 测试。
8. 用 KGDB 调试：启动内核时加 kgdboc=ttyS0,115200 kgdbwait（串口）或 kgdboe=@192.168.1.10/,@192.168.1.11/（网络）；在调试主机上运行 gdb vmlinux，用 target remote /dev/ttyS0 连接，用 set architecture i386:x86-64:intel 设置架构，用 info registers 查看寄存器。
9. 用 ftrace 调试：echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer 设置追踪器，echo mymod_write > /sys/kernel/debug/tracing/set_ftrace_filter 过滤函数，echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on 开启追踪，cat /sys/kernel/debug/tracing/trace 查看结果；用 echo "module hello +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control 启用 pr_debug() 输出。
10. 选择导出符号方式：EXPORT_SYMBOL 允许任何模块（包括专有模块）链接，EXPORT_SYMBOL_GPL 只允许 GPL 兼容模块链接；涉及 GPL-only 内核内部接口的符号用 EXPORT_SYMBOL_GPL，非 GPL 模块导入 GPL 符号会加载失败并产生 taint 警告，加载后用 modinfo 和 dmesg 检查。
11. 编写 KUnit 内核单元测试：包含 <kunit/test.h>，用 KUNIT_EXPECT_EQ 等断言编写测试函数，用 KUNIT_CASE 构建 kunit_case 数组（以 {} 结尾），定义 kunit_suite（含 name 和 test_cases），用 kunit_test_suite 注册；在带 CONFIG_KUNIT=y 的内核树中用 ./tools/testing/kunit/kunit.py run --filter mymod 运行。
12. 编写 Rust 内核模块（内核 6.x + CONFIG_RUST=y）：用 kernel::prelude::*，用 module! 宏声明 type、name、author、description、license，实现 kernel::Module trait 的 init 方法（用 pr_info! 打印并返回 Ok(Self)）；用 make LLVM=1 rustavailable 验证 Rust 工具链，用 make M=drivers/rust_example modules 构建，用 sudo insmod 加载。
13. 为 Secure Boot 签名模块（内核 6.x，CONFIG_MODULE_SIG 启用时）：用 openssl req -new -x509 -newkey rsa:4096 -keyout signing_key.pem -out signing_cert.pem -days 3650 -subj "/CN=Kernel Module Signing/" -nodes 生成密钥；用 /usr/src/linux-headers-$(uname -r)/scripts/sign-file sha256 signing_key.pem signing_cert.pem hello.ko 签名；用 modinfo hello.ko | grep signer 验证；用 sudo mokutil --import signing_cert.pem 注册密钥并重启进入 MOK Manager 完成注册；用 cat /sys/kernel/security/lockdown 检查 lockdown 模式（integrity 或 confidentiality 下会拒绝未签名模块）。

适用边界 · 注意事项

• 需要内核构建环境、内核头文件、root 权限和可加载模块的目标机，纯用户态开发或无内核源码/头文件的环境不适用。
• Rust 内核模块要求内核以 CONFIG_RUST=y 构建并匹配内核树固定的 Rust 工具链，不满足时无法使用。
• 模块签名与 Secure Boot 注册依赖 CONFIG_MODULE_SIG、UEFI/MOK 和发行版内核的 trusted keyring 配置，非 UEFI 或未启用签名验证的环境不需要也不适用。