[發(fā)明專利]一種在虛擬機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動隔離系統(tǒng)與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210442752.4
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102938035A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董小社;鄭豪;張興軍;王恩東;辛龍;張東;陳寶可;王強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);山東高效能服務(wù)器和存儲研究院
• 主分類號: G06F21/50
• 分類號: G06F21/50;G06F9/455
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)容錯(cuò)技術(shù)，特別涉及一種在虛擬機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動隔離系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

對于高可靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，操作系統(tǒng)的可靠性顯得至關(guān)重要，但是由于操作系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，使得其可靠性仍然是一個(gè)至關(guān)重要卻仍未解決的問題。通過可操作系統(tǒng)的可擴(kuò)展機(jī)制，大量第三方開發(fā)的驅(qū)動程序可被加載進(jìn)內(nèi)核。同時(shí)傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的宏內(nèi)核架構(gòu)，使得驅(qū)動與內(nèi)核將運(yùn)行在相同的地址空間和特權(quán)級下，任何驅(qū)動程序的故障都可輕易的傳遞到內(nèi)核其他部分，嚴(yán)重削弱了系統(tǒng)的可靠性。由于驅(qū)動程序所占內(nèi)核代碼量的比例巨大，且常常缺乏完善的測試，使得驅(qū)動程序故障成為操作系統(tǒng)崩潰的主要原因。相關(guān)研究表明，Linux操作系統(tǒng)中驅(qū)動程序的故障是內(nèi)核其他部分故障的三到七倍，在Windows操作系統(tǒng)下也有類似的結(jié)論。

近年來，虛擬機(jī)技術(shù)也被作為解決驅(qū)動程序可靠性問題的方法。傳統(tǒng)方法是將驅(qū)動及其內(nèi)核都隔離到獨(dú)立的虛擬機(jī)實(shí)例中，利用虛擬機(jī)實(shí)例本身的隔離性來隔離驅(qū)動程序。然而，這種方法只是利用虛擬機(jī)替代整機(jī)來承受可能出現(xiàn)的系統(tǒng)崩潰，從而換取整機(jī)的可靠性提高，對于虛擬機(jī)中的驅(qū)動程序的可靠性并沒有提高。如果虛擬機(jī)中的驅(qū)動程序發(fā)生故障則會造成虛擬機(jī)實(shí)例的故障或崩潰，從而造成虛擬機(jī)實(shí)例所提供的所有服務(wù)中斷。另外，每個(gè)被隔離的驅(qū)動程序運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的客戶機(jī)操作系統(tǒng)，同樣也造成了較多的性能損失。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明提供了通過被隔離驅(qū)動程序的授權(quán)表，實(shí)現(xiàn)簡單、有效、兼容已有操作系統(tǒng)和驅(qū)動程序架構(gòu)的一種在虛擬機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動隔離系統(tǒng)與方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的在虛擬機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動隔離系統(tǒng)：

包括運(yùn)行于虛擬機(jī)用戶態(tài)的驅(qū)動隔離加載模塊、虛擬機(jī)內(nèi)核態(tài)的內(nèi)存信息監(jiān)視模塊以及虛擬機(jī)管理器內(nèi)部的內(nèi)存訪問控制模塊，其中，

所述運(yùn)行于虛擬機(jī)用戶態(tài)的驅(qū)動隔離加載模塊：將驅(qū)動模塊文件中監(jiān)視未定義符號與內(nèi)存信息監(jiān)視模塊中監(jiān)視包裝函數(shù)建立聯(lián)系，使得驅(qū)動以隔離方式運(yùn)行，并向內(nèi)存信息監(jiān)視模塊中的隔離控制子模塊發(fā)出被隔離驅(qū)動程序提醒消息，以使得進(jìn)入內(nèi)核的驅(qū)動為被隔離驅(qū)動程序；所述監(jiān)視未定義符號包括內(nèi)存管理函數(shù)的未定義符號和驅(qū)動注冊函數(shù)的未定義符號；

所述虛擬機(jī)內(nèi)核態(tài)的內(nèi)存信息監(jiān)視模塊包括：包裝函數(shù)庫、隔離控制子模塊以及消息通信子模塊，其中，

所述包裝函數(shù)庫：為虛擬機(jī)內(nèi)核中所監(jiān)控的函數(shù)建立內(nèi)核包裝函數(shù)，并為虛擬機(jī)內(nèi)核中驅(qū)動接口中的接口函數(shù)建立驅(qū)動包裝函數(shù)，以使得被隔離驅(qū)動與內(nèi)核和驅(qū)動包裝函數(shù)鏈接，并進(jìn)入隔離運(yùn)行模式；所述內(nèi)核包裝函數(shù)包括內(nèi)存包裝函數(shù)和注冊包裝函數(shù)，所述內(nèi)存包裝函數(shù)是指內(nèi)核中內(nèi)存管理函數(shù)的包裝函數(shù)，所述注冊包裝函數(shù)是指內(nèi)核中驅(qū)動注冊函數(shù)的包裝函數(shù)；

所述隔離控制子模塊：接收運(yùn)行于虛擬機(jī)用戶態(tài)的驅(qū)動隔離加載模塊發(fā)出的被隔離驅(qū)動程序提醒消息，建立被隔離驅(qū)動程序的相關(guān)信息，并指示消息通信子模塊向所述虛擬機(jī)管理器內(nèi)部的內(nèi)存訪問控制模塊發(fā)送設(shè)置被隔離驅(qū)動授權(quán)表的指令，同時(shí)，根據(jù)需要獲取可信任的虛擬機(jī)內(nèi)核的地址范圍，注入到內(nèi)存訪問控制模塊，并發(fā)出設(shè)置虛擬機(jī)管理器中影子頁表的指令；所述可信任的虛擬機(jī)內(nèi)核的地址范圍包括虛擬機(jī)內(nèi)核代碼和未被隔離的驅(qū)動程序代碼的內(nèi)存起始地址及其大小；

所述消息通信子模塊：向內(nèi)存訪問控制模塊實(shí)時(shí)報(bào)告被隔離驅(qū)動所使用內(nèi)存信息、可信任的虛擬機(jī)內(nèi)核的地址范圍、及發(fā)送建立被隔離驅(qū)動授權(quán)表的指令；所述消息通信子模塊被所述包裝函數(shù)庫和所述隔離控制子模塊調(diào)用；

所述內(nèi)存訪問控制模塊：用于控制被隔離驅(qū)動程序?qū)懖僮鳎ǎ菏跈?quán)表管理子模塊、頁面設(shè)置子模塊以及缺頁處理子模塊，其中，

所述授權(quán)表管理子模塊：接收所述內(nèi)存信息監(jiān)視模塊發(fā)出的設(shè)置被隔離驅(qū)動授權(quán)表的指令后，設(shè)置被隔離驅(qū)動程序可寫內(nèi)存范圍的授權(quán)表，并負(fù)責(zé)確認(rèn)寫操作地址是否在授權(quán)表中；

所述頁面設(shè)置子模塊：接收所述內(nèi)存信息監(jiān)視模塊發(fā)出的設(shè)置虛擬機(jī)管理器中影子頁表的指令，并根據(jù)所述被隔離驅(qū)動所在虛擬機(jī)的內(nèi)核空間在虛擬機(jī)管理器中所對應(yīng)的影子頁表，將影子頁表設(shè)置為只讀另外，當(dāng)缺頁處理子模塊允許寫操作時(shí)，還接收所述缺頁處理子模塊發(fā)出的允許寫操作段的指令，并設(shè)置寫操作目標(biāo)地址對應(yīng)的影子頁表，在寫操作結(jié)束后，重新將影子頁表設(shè)置為只讀；

所述缺頁處理子模塊：當(dāng)被隔離驅(qū)動所在虛擬機(jī)內(nèi)核出現(xiàn)寫操作時(shí)，根據(jù)寫操作指令的來源和被隔離驅(qū)動對應(yīng)的授權(quán)表，判斷和控制是否允許進(jìn)行寫操作。

運(yùn)行于虛擬機(jī)用戶態(tài)的驅(qū)動隔離加載模塊具體用于：