BrickOS:面向异构硬件资源的积木式内核

人机物融合的新兴领域需要新型操作系统内核以支持泛在计算,对下管控海量异构硬件,对上服务动态多变应用场景.本文提出一种积木式内核架构BrickOS,可以根据使用场景灵活选择要加入内核的系统组件,同时可以选择将系统组件运行在用户态以提供较好的安全性,或者运行在共享地址空间的内核态中以提升性能.为了保障运行在相同地址空间中的系统组件的安全性, BrickOS为底层硬件的内存保护机制提供了统一的抽象,并将其用于单地址空间的内存隔离.测试结果表明BrickOS可以根据不同场景生成定制化内核,并拥有较低的进程间通信(inter-process call, IPC)开销,整体性能良好.     

基于PKS硬件特性的eBPF内存隔离机制

Linux内核中的eBPF (extended Berkeley packet filter)机制可以将用户提供的不受信任的程序安全地加载到内核中.在eBPF机制中,检查器负责检查并保证用户提供的程序不会导致内核崩溃或者恶意地访问内核地址空间.近年来, eBPF机制得到了快速发展,随着加入越来越多的新功能,其检查器也变得愈发复杂.观察到复杂的eBPF安全检查器存在的两个问题:一是“假阴性”问题:检查器复杂的安全检查逻辑中存在诸多漏洞,而攻击者可以利用这些漏洞设计能够通过检查的恶意eBPF程序来攻击内核;二是“假阳性”问题:检查器采用静态检查的方式,由于缺乏运行时信息只能进行保守检查,可能造成原本安全的程序无法通过检查,也只能支持很受限的语义,为eBPF程序的开发带来了困难.通过进一步分析,发现eBPF检查器中的静态模拟执行检查机制代码量大,复杂度高,分析保守,是引起安全漏洞和误报的主要原因.因此,提出使用轻量级动态检查的方式取代eBPF检查器中的静态模拟执行检查机制, eBPF检查器中原本由于模拟执行而存在的漏洞与保守检查不复存在,从而能够消除诸多上述的“假阴性”和“假阳性”问题.具体...