DBox:宏内核下各种设备驱动程序的高性能安全盒

• 作者: 余劲 许封元 诸渝 黄皓
• 来源期刊: 计算机学报
• 学科: 工学
• 关键词: 驱动隔离 操作系统安全 高性能 宏内核 虚拟化
• 年，卷（期）: 2020,（4）
• 页码范围: 724-739
• 页数: 16页
• 分类号: TP309
• 字数: 16194字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11897/SP.J.1016.2020.00724

摘要

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.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	黄皓	南京大学软件新技术国家重点实验室	140	1805	24.0	35.0
5	余劲	南京大学软件新技术国家重点实验室	7	8	2.0	2.0
9	诸渝	南京大学软件新技术国家重点实验室	1	0	0.0	0.0
13	许封元	南京大学软件新技术国家重点实验室	1	0	0.0	0.0