Linux内核模块调用get_futex_key函数的问题求助

架构老林

2026-7-20

内核模块调用get_futex_key的编译问题与解决

需求背景

开发Linux内核模块，目标是调用get_futex_key获取指定futex对应的key，最终通过内核函数拿到持有该futex的线程列表。

现状与问题

已实现基础内核模块（类似hello world），明确printk等导出符号可直接调用（通过/proc/kallsyms确认）
get_futex_key在/proc/kallsyms中可见，但定义在futex.c而非对外头文件中
通过strace拿到目标futex的用户空间地址0x20566a0
编写的模块代码编译报错，错误信息：

/home/myusername/git/LinuxExamples/kernel/fut/fut.c:5:10: fatal error: kernel/futex.c: No such file or directory
 #include <kernel/futex.c>
          ^~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.

解决方案

1. 解决编译错误：移除.c文件包含

内核模块绝对不能直接包含.c源文件，这些文件已编译进内核，且仅头文件用于对外暴露接口。直接删除代码中的#include <kernel/futex.c>即可解决此编译错误。

2. 补充函数声明

get_futex_key是futex.c内部的静态函数，其声明未对外暴露在linux/futex.h中，需要在模块中手动添加匹配内核源码的函数原型：

static int get_futex_key(u32 __user *uaddr, int fshared, union futex_key *key, int rw);

注：原型需与你当前内核版本的futex.c中定义完全一致

3. 解决符号链接问题

从/proc/kallsyms输出可见，get_futex_key的符号标记为t，说明它是静态函数，内核未将其导出为全局可见符号（导出符号标记为T，如printk）。直接调用会触发链接错误，有两种解决方式：

方式1：修改内核源码导出符号（需重新编译内核）

找到内核源码中的futex.c文件
在get_futex_key函数定义后添加导出宏：
```
EXPORT_SYMBOL(get_futex_key);
```
重新编译并安装内核，之后模块可直接调用该函数

方式2：动态通过kallsyms获取函数地址（无需重新编译内核）

通过kallsyms_lookup_name解析/proc/kallsyms获取函数地址，转换为函数指针调用，修改后的模块代码示例：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/futex.h>
#include <linux/kallsyms.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FutexTestAuthor");
MODULE_DESCRIPTION("Futex Examiner");

// 定义函数指针类型
typedef int (*get_futex_key_t)(u32 __user *uaddr, int fshared, union futex_key *key, int rw);
static get_futex_key_t get_futex_key_ptr;

static int __init hello_init(void)
{
    union futex_key key1 = FUTEX_KEY_INIT;
    printk(KERN_INFO "Get futex key\n");

    // 从kallsyms获取函数地址
    get_futex_key_ptr = (get_futex_key_t)kallsyms_lookup_name("get_futex_key");
    if (!get_futex_key_ptr) {
        printk(KERN_ERR "Failed to find get_futex_key symbol\n");
        return -ENOENT;
    }

    // 验证用户空间地址合法性（可选但推荐）
    if (!access_ok(VERIFY_READ, (void __user *)0x20566a0, sizeof(u32))) {
        printk(KERN_ERR "Invalid user address\n");
        return -EFAULT;
    }

    // 调用函数，fshared传0对应私有futex（匹配strace中的PRIVATE标记）
    int ret = get_futex_key_ptr((u32 __user *)0x20566a0, 0, &key1, VERIFY_READ);
    if (ret != 0) {
        printk(KERN_ERR "get_futex_key failed with ret: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "key1 = %p\n", &key1);
    // 使用完key后需调用put_futex_key释放资源（若涉及引用计数）
    put_futex_key(&key1);
    return 0;
}

static void __exit hello_cleanup(void)
{
    printk(KERN_INFO "Cleaning up futex module.\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_cleanup);

注：使用kallsyms_lookup_name需要内核开启CONFIG_KALLSYMS和CONFIG_KALLSYMS_ALL（多数发行版默认开启）

额外注意事项

fshared参数需与目标futex的属性匹配：0为私有（进程内），非0为共享（进程间），对应strace中的PRIVATE/SHARED标记
调用get_futex_key后，若key涉及共享内存等引用计数场景，必须调用put_futex_key释放资源，避免内存泄漏
模块必须声明MODULE_LICENSE("GPL")，否则无法调用部分内核符号

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jacob Quisenberry