系统状态更改

一些用户非常不愿意重启系统。这就带来了提供更多 livepatch 并保持它们之间一定兼容性的需求。

使用累积式 livepatch 维护更多的 livepatch 要容易得多。每个新的 livepatch 完全替换任何旧的 livepatch。它可以保留、添加甚至删除修复。而且由于原子替换（atomic replace）特性，用任何其他版本替换 livepatch 的任何版本通常都是安全的。

问题可能随影子变量（shadow variables）和回调（callbacks）而出现。它们可能会改变系统行为或状态，从而使得返回并使用旧的 livepatch 或原始内核代码不再安全。此外，任何新的 livepatch 都必须能够检测已安装的 livepatch 已经进行了哪些更改。

这就是 livepatch 系统状态跟踪发挥作用的地方。它允许：

  • 存储操纵和恢复系统状态所需的数据

  • 使用更改 ID（change id）和版本来定义 livepatch 之间的兼容性

1. Livepatch 系统状态 API

系统状态可能会被几个 livepatch 回调或新使用的代码修改。此外，必须能够找到由已安装的 livepatch 所做的更改。

每个修改过的状态都由 struct klp_state 描述，参见 include/linux/livepatch.h。

每个 livepatch 定义一个 struct klp_states 数组。它们列出了该 livepatch 修改的所有状态。

livepatch 作者必须为每个 struct klp_state 定义以下两个字段：

  • id

    • 用于标识受影响的系统状态的非零数字。

  • version

    • 描述给定 livepatch 所支持的系统状态更改变体的数字。

可以使用两个函数来操纵该状态：

2. Livepatch 兼容性

系统状态版本用于防止加载不兼容的 livepatch。该检查在启用 livepatch 时进行。规则如下：

  • 允许任何完全崭新的系统状态修改。

  • 对于已经修改过的系统状态，允许具有相同或更高版本的系统状态修改。

  • 累积式 livepatch 必须处理来自已安装 livepatch 的所有系统状态修改。

  • 允许非累积式 livepatch 触及已经修改过的系统状态。

3. 支持的场景

Livepatch 有其生命周期，系统状态更改也是如此。每个兼容的 livepatch 都必须支持以下场景：

  • 当 livepatch 被启用且该状态尚未被正在被替换的 livepatch 修改时，修改系统状态。

  • 当系统状态修改已经由正在被替换的 livepatch 完成时，接管或更新该系统状态修改。

  • 当 livepatch 被禁用时，恢复原始状态。

  • 当转换（transition）被回滚时，恢复先前的状态。它可能是原始系统状态，也可能是由正在被替换的 livepatch 所做的状态修改。

  • 当发生错误且 livepatch 无法启用时，删除任何已经做出的更改。

4. 预期用法

系统状态通常由 livepatch 回调修改。每个回调的预期角色如下：

pre_patch()

  • 在必要时分配 state->data。分配可能会失败，并且 pre_patch() 是唯一可以停止加载 livepatch 的回调。当以前安装的 livepatch 已经提供数据时，则不需要分配。

  • 在转换完成之前，执行新代码所需的任何其他准备操作。例如，初始化 state->data。

    系统状态本身通常在整个系统能够处理它时在 post_patch() 中修改。

  • 在发生错误时清理其自身的混乱状态。这可以通过自定义代码或通过显式调用 post_unpatch() 来完成。

post_patch()

  • 当它们兼容时，从先前的 livepatch 复制 state->data。

  • 进行实际的系统状态修改。最终允许新代码使用它。

  • 确保 state->data 具有所有必要的信息。

  • 当不再需要被替换的 livepatch 时，释放它们的 state->data。

pre_unpatch()

  • 防止由 livepatch 添加的代码依赖于系统状态更改。

  • 回滚系统状态修改。

post_unpatch()

  • 通过检查 klp_get_prev_state() 来区分转换回滚和 livepatch 禁用。

  • 在转换回滚的情况下，恢复先前的系统状态。这可能意味着什么都不做。

  • 删除任何不再需要的设置或数据。

注意

pre_unpatch() 通常执行与 post_patch() 对称的操作。不同之处在于它仅在 livepatch 正在被禁用时调用。因此它不需要关心任何以前安装的 livepatch。

post_unpatch() 通常执行与 pre_patch() 对称的操作。它也可能在转换回滚期间被调用。因此它必须处理以前安装的 livepatch 的状态。