本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)，具體涉及一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法。

背景技術(shù)：

1、unikernel作為一種輕量級、專注于特定任務(wù)的庫操作系統(tǒng)，在近年來在云計(jì)算和嵌入式等場景下日益受到關(guān)注。其核心思想是將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核集成，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)用程序的專業(yè)定制，以提供卓越的性能和最小的資源消耗。然而，unikernel定制化的特點(diǎn)使其面臨著一系列與錯(cuò)誤修復(fù)、功能增強(qiáng)和環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)動(dòng)態(tài)的需求，unikernel需要支持一系列功能，如熱補(bǔ)丁和代碼替換，以允許即時(shí)修復(fù)錯(cuò)誤和增強(qiáng)功能。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更靈活的應(yīng)用適應(yīng)性，unikernel還需要引入一些關(guān)鍵的動(dòng)態(tài)更新功能，包括事件監(jiān)控、函數(shù)調(diào)用攔截和事務(wù)捕捉等。

2、在微內(nèi)核、宏內(nèi)核等架構(gòu)操作系統(tǒng)的方案中，基本采用重新開辟新進(jìn)程進(jìn)行檢查的策略。具體而言，如針對動(dòng)態(tài)更新的安全點(diǎn)檢查，采用了利用新進(jìn)程輪詢監(jiān)控需要關(guān)注的進(jìn)程棧上的函數(shù)調(diào)用的方法。在這個(gè)過程中，系統(tǒng)會(huì)周期性地檢查棧上是否存在不安全的情況，如果發(fā)現(xiàn)不安全事件，則暫時(shí)中止更新操作，等待一定時(shí)間后再次進(jìn)行檢查。這一循環(huán)會(huì)持續(xù)進(jìn)行，直到不再存在不安全事件，然后系統(tǒng)開始執(zhí)行動(dòng)態(tài)更新操作。然而，由于unikernel具有單一進(jìn)程的獨(dú)特特性，傳統(tǒng)操作系統(tǒng)級別的事件監(jiān)控和函數(shù)調(diào)用監(jiān)聽等技術(shù)難以直接應(yīng)用。在單核系統(tǒng)中，現(xiàn)有的監(jiān)控方式會(huì)消耗大量的cpu資源，這在unikernel的背景下難以承受，這樣的資源占用將嚴(yán)重影響主程序的執(zhí)行效率。因此，需要探索新的方法和技術(shù)，以在unikernel環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效的安全檢查和動(dòng)態(tài)更新，同時(shí)最小化對系統(tǒng)性能的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有事件監(jiān)控對cpu資源占用過度的缺陷，本發(fā)明提出一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法。

2、本發(fā)明包括以下步驟：

3、步驟1：中斷處理程序停止原有程序執(zhí)行，保存進(jìn)程棧，事件檢查器開始啟動(dòng)；

4、步驟2：事件檢查器將從中斷棧中獲取進(jìn)程棧的內(nèi)存空間，隨后遍歷進(jìn)程棧棧楨，記錄中斷發(fā)生前庫操作系統(tǒng)中程序調(diào)用流圖；

5、步驟3：地址定位器識(shí)別各棧幀函數(shù)所在的函數(shù)庫，判斷是否為特殊事件并將其放入特殊事件集；

6、步驟4：判斷特殊事件集是否為空，如果特殊事件集為空，直接執(zhí)行指定控制功能；否則定位特殊根事件，部署功能觸發(fā)器；

7、步驟5：功能觸發(fā)器部署完畢，結(jié)束中斷處理程序，開始繼續(xù)執(zhí)行源程序；

8、步驟6：執(zhí)行到固定函數(shù)后自動(dòng)觸發(fā)功能觸發(fā)器，調(diào)用事先設(shè)定的控制功能函數(shù)；

9、步驟7：控制功能執(zhí)行完畢后，跳轉(zhuǎn)回源程序；程序開始正常執(zhí)行。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

11、（1）unikernel作為單核操作系統(tǒng)，傳統(tǒng)監(jiān)控方式需要使用一個(gè)線程，會(huì)使監(jiān)控線程和主線程進(jìn)行資源搶占，極大的影響主程序的執(zhí)行。而本發(fā)明是一種無線程的監(jiān)控方式，能夠在不干擾主線程的情況下，對unikernel的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和分析，提高監(jiān)控的效率和準(zhǔn)確性。

12、（2）現(xiàn)有堆棧監(jiān)控方式不夠靈活，如果棧上有重要事件，必須通過不斷輪詢才能直到它的情況。沒有一種自動(dòng)觸發(fā)的機(jī)制來通知棧上行為，可控性不強(qiáng)。本發(fā)明構(gòu)建了基于事件驅(qū)動(dòng)的堆棧監(jiān)控方式，能夠在棧上發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對棧上事件的及時(shí)響應(yīng)和處理，提高堆棧監(jiān)控的靈活性和可控性。

13、（3）?傳統(tǒng)的監(jiān)測和控制往往難以有效結(jié)合，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和控制的一體化，能夠在監(jiān)測到unikernel的異常或者需求變化時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)對unikernel的自適應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化，提高unikernel的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

14、（4）?傳統(tǒng)的監(jiān)測和控制手段可能對unikernel程序的執(zhí)行流產(chǎn)生侵入，影響程序的正常運(yùn)行。本發(fā)明提出無侵入的監(jiān)測和控制技術(shù)，能夠在不修改unikernel程序的源代碼或者二進(jìn)制代碼的情況下，對unikernel程序的執(zhí)行流進(jìn)行監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)對unikernel程序的透明化管理，提高unikernel程序的可信性和可維護(hù)性。

15、（5）unikernel系統(tǒng)是一種輕量級、動(dòng)態(tài)加載的系統(tǒng)，本發(fā)明是一種能夠隨著程序運(yùn)行動(dòng)態(tài)地檢測和處理事件的技術(shù)，以適應(yīng)不同場景下的需求變化。通過構(gòu)建的功能觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)插樁的技術(shù)，能夠在不影響unikernel程序的性能的情況下，對unikernel程序的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)地插入和刪除監(jiān)測和控制代碼，實(shí)現(xiàn)對unikernel程序的動(dòng)態(tài)地監(jiān)測和控制，提高unikernel程序的靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)特征：

1.一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：步驟1中所述的事件檢查器的啟動(dòng)通過在中斷處理程序中注冊啟動(dòng)命令來實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：步驟2中事件檢查器首先獲取當(dāng)前cpu的rbp寄存器的數(shù)值，該寄存器承載著當(dāng)前函數(shù)的基址，通過它精確定位當(dāng)前中斷棧棧幀的起始位置；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：通過不斷遍歷棧幀獲取中斷發(fā)生前庫操作系統(tǒng)中程序的調(diào)用過程，并記錄每個(gè)棧楨基地址再前移八個(gè)字節(jié)內(nèi)存，從而構(gòu)建出所述程序調(diào)用流圖。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：所述程序調(diào)用流圖中記載了進(jìn)程棧中每個(gè)棧楨的詳細(xì)信息，地址定位器將根據(jù)識(shí)別各個(gè)棧楨對應(yīng)的函數(shù)所在的函數(shù)庫，事件檢查器根據(jù)每個(gè)函數(shù)的返回地址得到函數(shù)調(diào)用者接下來需要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：為了區(qū)分程序調(diào)用流圖中每個(gè)程序的具體類型，在庫操作系統(tǒng)編譯鏈接的時(shí)候構(gòu)建微庫符號地址表，所述地址定位器通過鏈接腳本將根據(jù)每個(gè)庫編譯的.text段，在鏈接合并時(shí)定位并記錄出每個(gè)庫函數(shù)指令的相對地址區(qū)間和偏移。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，其特征在于：步驟6中所述功能觸發(fā)器通過壓棧的方式保存可能被功能觸發(fā)器影響的寄存器值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種庫操作系統(tǒng)系統(tǒng)級別事件檢測與控制方法，Unikernel作為單核操作系統(tǒng)，傳統(tǒng)監(jiān)控方式需要使用一個(gè)線程，會(huì)使監(jiān)控線程和主線程進(jìn)行資源搶占，極大的影響主程序的執(zhí)行。而本發(fā)明是一種無線程的監(jiān)控方式，能夠在不干擾主線程的情況下，對Unikernel的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和分析，提高監(jiān)控的效率和準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有堆棧監(jiān)控方式不夠靈活，如果棧上有重要事件，必須通過不斷輪詢才能直到它的情況。沒有一種自動(dòng)觸發(fā)的機(jī)制來通知棧上行為，可控性不強(qiáng)。本發(fā)明構(gòu)建了基于事件驅(qū)動(dòng)的堆棧監(jiān)控方式，能夠在棧上發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對棧上事件的及時(shí)響應(yīng)和處理，提高堆棧監(jiān)控的靈活性和可控性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙新奎,楊牧宇,占羽淳,汪富慧,尹建偉,張旭鴻,智晨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9