VMSF—一种内核级虚拟机监控器调度框架

虚拟化技术由于具有提高资源利用率、降低系统总体拥有成本等优点得到越来越多的关注。虚拟机成为计算机系统的一种新型应用模式,但虚拟机应用在服务质量保证和协同运行等方面与传统商用操作系统面向的应用不同,虚拟机监控器应针对此类应用的特点设计相应的调度算法。但是,在传统基于宿主操作系统的虚拟化技术中,虚拟机的调度由宿主操作系统的标准调度器完成。本文提出一种不修改宿主操作系统现有调度机制的虚拟机调度扩展框架VMSF,该框架允许第三方自行开发适于虚拟机系统的调度算法。最后通过在Linux上开源的内核级虚拟机监控器KVM上移植Xen的Credit调度器验证了本文研究的有效性。     

VM内部隔离驱动程序的可靠性架构

利用虚拟化技术来整合资源已成为高性能服务器提高资源利用率的重要手段,虚拟化技术的可靠性对于高性能服务器所提供服务的质量至关重要.然而,驱动故障严重影响了虚拟机中操作系统的可靠性,也同样影响到整个服务器的可靠性.为此,提出一种在虚拟机内部通过隔离故障驱动程序来提高虚拟机可靠性的架构,该架构通过监视驱动程序所使用的内存信息来建立驱动可写权限的授权表,并在虚拟机监视器中设置虚拟机内核空间对应影子页表的写保护来捕获虚拟机的写操作,进而结合授权表判断被隔离驱动程序写操作的正确性.目前,该架构能够在无需修改驱动程序的情况下,在虚拟机内部实现对驱动程序的隔离.实验结果表明：该架构可以隔离84.63%的注入故障造成的系统崩溃失效,并且对于驱动性能的影响小于20%,提高了虚拟化环境的可靠性.     

基于虚拟机的透明计算设备子系统设计及实现*

为解决在现有透明计算系统中磁盘等设备的虚拟化,需要对操作系统进行修改才能在端计算机上运行的问题,提出透明计算系统中一种基于虚拟机技术的设备子系统。以Intel VT硬件级虚拟支持和Xen虚拟化技术为基础, 在全虚拟化的虚拟机上运行用户操作系统: 通过运行在管理域用户空间中设备模型的虚拟磁盘和网络驱动,将用户域访问磁盘和网络的I/O请求跨网络地重定向到服务器进行处理, 从而实现端计算机上多操作系统的远程运行。在VT硬件平台和Xen虚拟机监控器上实现了原型系统,验证了该方法的可行性。     

基于系统虚拟化的安全技术研究

为提高操作系统和应用程序的安全性,研究了系统虚拟化的相关技术,讨论典型的基于系统虚拟化技术的安全技术应用和系统.根据研究目标的软件层次,分别从应用程序安全、操作系统安全和虚拟机监控器自身安全性三方面,对当前的研究现状和未来的发展趋势进行了分析和归纳.设计一种基于系统虚拟化技术实现对恶意软件透明安全的动态调试分析方案,通过在Intel-VT平台上实现系统原型,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于内核态JVM的Linux设备驱动程序

驱动程序的不稳定是造成操作系统内核崩溃的主要原因,该文采用类型安全的Java语言开发Linux设备驱动程序以提高系统的稳定性,并分析驱动模型的结构、内核态Java虚拟机(JVM)的设计以及Java驱动程序的编写。USB网卡的测试验证了Java驱动在提高系统稳定性上的优势。     

基于ARM的Linux网络设备驱动程序开发

对基于ARM的网络设备驱动程序开发进行了研究,分析了嵌入式Linux网络设备驱动程序的实现原理和运行过程,讲述了嵌入式系统中网络设备驱动开发的具体过程.在嵌入式Linux中实现DM9000网卡驱动,并结合实现DM9000网卡驱动的实例讲解了基于Linux操作系统的网卡驱动程序开发流程.具体分析了网络设备的初始化、设备的打开与关闭、数据的传送和接收以及超时处理等相关过程.最后归纳总结了基于嵌入式Linux网络设备驱动程序的一般方法.     

嵌入式Linux系统中触摸屏控制的研究与实现

本主要讨论了基于嵌入式Linux操作系统的研究与开发章首先对嵌入式系统进行了简单介绍,在详细分析了系统特点的基础上,结合Linux自身的优点,提出了基于嵌入式Linux操作系统对触摸屏驱动的开发方案一并详细介绍了驱动程序及测试应用程序的设计     

虚拟机技术在Linux操作系统中的应用

近年来,随着计算机网络技术的不断发展,虚拟机技术越来越广泛地被用于计算机辅助教学和生产管理领域中。Linux是一个性能卓越、技术领先的现代操作系统,诞生于1991年,是UNIX操作系统的克隆系统。Linux操作系统网络功能丰富,可移植性强,系统安全可靠,源代码具有开放性,用户界面良好,主要被用于网络服务器。本文围绕虚拟机技术在Linux操作系统中的应用,首先简单介绍Linux操作系统及该系统所具有的特点,然后详细阐述虚拟机技术及虚拟机软件VMware,并分析利用虚拟机技术安装Linux操作系统所具有的优势,最后利用虚拟机软件VMware安装Linux操作系统。     

基于linux系统的字符设备驱动研究与设计

本文介绍了Linux操作系统的优点,以及设备驱动程序在Linux系统中的重要作用,并对Linux操作系统字符设备驱动程序的开发进行了研究,详细描述了Linux系统下字符设备驱动开发的设计方法和实现过程,包括设备驱动模块加载和卸载、设备的操作。在字符设备驱动的基础上,总结了产生竞态的几种情况,并提出了控制方法,说明了并发控制对驱动程序开发的重要性。     

一个基于虚拟机的日志审计和分析系统

SNARE是Linux操作系统的一个日志审计和分析工具，但它容易受到攻击。提出了一个新的方法被用来保护它免受攻击。运用虚拟机监控器的功能，SNARE被移植到运行在虚拟机监控器Xen上的两个虚拟机中，SNARE的两个主要部分——Linux内核补丁和审计后台进程被分隔而分别放入两个被Xen强隔离的虚拟机。Xen提供了两个虚拟机间共享内存的机制，运用这一机制，运行在一个虚拟机上的Linux内核补丁记录并转移审计日志到运行在另一个虚拟机上的审计后台进程。与传统的SNARE相比，新方法使攻击者毁坏或篡改这些日志更加困难。初步的评估表明这个原型是简单而有效的。     

支持安全策略检查的用户态驱动框架研究*

驱动程序对系统安全性和稳定性对系统起着至关重要的作用,但由于其复杂和多样性导致难以成为操作系统的可信模块。近期研究表明,在用户空间内执行驱动程序,可提高系统稳定性,并降低开发难度,但对系统产生了潜在的安全威胁。为此,从限制驱动程序可能的行为出发,对面向安全的轻量级通用用户态驱动框架进行了研究,通过内核态驱动命令解释器与安全策略检查相结合的手段,确保驱动模块的安全性与隔离性。通过实验测量框架对系统产生一定负载,但不会对系统的正常运行产生明显影响。     

操作系统设备驱动可靠性研究综述

目前,对设备驱动可靠性的研究着重于设备驱动与操作系统内核的有效分离,设备驱动框架按照驱动被隔离所处位置大致可分为内核态、用户态和虚拟机三种。本文按照该分类方法,全面系统地阐述了操作系统领域对设备驱动可靠性提高方面的研究现状,讨论和分析了各种设备驱动框架所用隔离技术和方法的优缺点,并阐明了进一步的研究方向。     

Can we make operating systems reliable and secure?

Microkernels long discarded as unacceptable because of their lower performance compared with monolithic kernels might be making a comeback in operating systems due to their potentially higher reliability, which many researchers now regard as more important than performance. Each of the four different attempts to improve operating system reliability focuses on preventing buggy device drivers from crashing the system. In the Nooks approach, each driver is individually hand wrapped in a software jacket to carefully control its interactions with the rest of the operating system, but it leaves all the drivers in the kernel. The paravirtual machine approach takes this one step further and moves the drivers to one or more machines distinct from the main one, taking away even more power from the drivers. Both of these approaches are intended to improve the reliability of existing (legacy) operating systems. In contrast, two other approaches replace legacy operating systems with more reliable and secure ones. The multiserver approach runs each driver and operating system component in a separate user process and allows them to communicate using the microkernel's IPC mechanism. Finally, Singularity, the most radical approach, uses a type-safe language, a single address space, and formal contracts to carefully limit what each module can do.     

基于嵌入式实时操作系统的驱动框架

嵌入式设备随着应用领域的扩展呈现出多样性以及复杂性，而嵌入式实时系统普遍不具有良好的设备驱动体系结构，造成驱动开发困难、可移植性差。该文给出了一种嵌入式实时操作系统下的驱动框架，支持各种设备及总线接口，设计了一种快速的设备中断机制，符合嵌入式实时系统的强实时、高可靠的特点，能够满足开发各种嵌入式系统。     

信息安全风险管理系统的设计与实现

嵌入式设备随着应用领域的扩展呈现出多样性以及复杂性,而嵌入式实时系统普遍不具有良好的设备驱动体系结构,造成驱动开发困难、可移植性差.该文给出了一种嵌入式实时操作系统下的驱动框架,支持各种设备及总线接口,设计了一种快速的设备中断机制,符合嵌入式实时系统的强实时、高可靠的特点,能够满足开发各种嵌入式系统.     

Linux设备驱动重用研究

设备驱动是影响操作系统适用性的重要因素。考虑到完全重新开发设备驱动代价过大,重用已有操作系统中的设备驱动便成为了提高操作系统适用性的首选方法。设备驱动的重用过程本质上是在目标环境中建立设备驱动的运行环境的过程,重用一个设备驱动并不需要实现所有内核服务。代码依赖分析可以分析驱动代码对内核服务的依赖关系,因此可以使用代码依赖分析技术自动构建设备驱动运行环境。通过在嵌入式操作系统ucore OS中重用e1000网卡驱动来证明方法的可行性。     

DBox:宏内核下各种设备驱动程序的高性能安全盒

越来越多和宏内核操作系统中使用的设备驱动程序相关的漏洞被发现,这些漏洞严重危害操作系统的安全性和可靠性.现有的解决方案无法既能为操作系统内核提供强有力的保护又能达到与原生系统相近的性能.在本文中,我们提出了一个称为DBox的驱动程序隔离框架解决方案同时考虑系统的安全性和性能.DBox为设备驱动程序提供了一个基于虚拟化的安全容器,使得驱动程序和主机系统有效隔离,并通过通用I/O交互接口实现对多种设备驱动的支持.我们通过对EPT页表和IOMMU地址翻译表的修改,创建了一块基于连续物理内存的共享内存,实现了硬件设备、驱动程序和主机系统内核之间的高性能通信基础.我们通过多核并行化、高效消息传递、零拷贝和批量数据传输等机制深度优化了I/O性能,在大多数情况下DBox中的驱动程序都可以达到与原始内核相同的性能.在DBox中添加新驱动程序支持无需修改驱动程序代码,使得DBox方案在现实环境中易于采用.我们在DBox中实现了四个常见驱动程序类别(NIC,块设备,UART和输入设备),经过实验表明,TCP/UDP吞吐量、往返时延、块设备吞吐量、串口吞吐量、串口往返时延及键盘响应时间的性能下降均在5%以下.     

基于VxWorks的USB设备驱动的设计研究

VxWorks操作系统由于其高度的可靠性和优秀的实时性,而被广泛应用于嵌入式系统领域。本文在对VxWorks操作系统和USB2.0协议分析的基础上,对基于ZX2930 EVB2.0板的USB设备驱动进行了研究,并在此基础上对基于VxWorks的USB设备驱动进行了实现,成功建立了PC机与EVB2.0板之间的通信。实验结果表明,该驱动程序是稳健的、可靠的。     

基于USB设备的用户态驱动框架

传统的linux系统为了获得更好的性能,将设备驱动运行在内核空间,不可避免的降低了系统的可靠性和稳定性.基于常用的USB设备提出了一种全新的驱动架构,它将驱动以进程的形式运行在用户空间,并且支持热插拔,驱动管理等特性,实验结果表明这种架构性能良好,能够满足实际应用需求.