虛擬化環(huán)境下操作系統(tǒng)安全性和性能的研究.pdf

1、近年來，云計算逐漸成為工業(yè)界重要的發(fā)展趨勢，同時也成為學(xué)術(shù)界研究的熱點。而系統(tǒng)虛擬化則是云計算實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)。借助系統(tǒng)虛擬化，不僅可以幫助云服務(wù)提供商減少服務(wù)器數(shù)量、優(yōu)化資源利用率，還可以幫助用戶實現(xiàn)彈性基礎(chǔ)設(shè)施配置，從而降低成本、快速響應(yīng)需求變化。系統(tǒng)虛擬化具備廣泛應(yīng)用場景，例如多租戶云、虛擬機聚合等。當(dāng)前主要的云服務(wù)提供商如Amazon，Microsoft等通常以虛擬機為單位為客戶提供計算資源。然而，事物總有其雙面性，虛擬化平臺盡

2、管帶來了便利，其上仍然存在著不少亟待解決的問題。
　　虛擬機內(nèi)用戶隱私數(shù)據(jù)的安全問題是其中較為突出的一個。在現(xiàn)有虛擬化平臺中，虛擬機監(jiān)控器處于系統(tǒng)最高權(quán)限運行，其能夠接觸到客戶虛擬機運行時所有的內(nèi)存和磁盤數(shù)據(jù)，并任意訪問其中的用戶隱私，給云平臺上的數(shù)據(jù)安全造成威脅。除此之外，由于虛擬機監(jiān)控器和客戶虛擬機之間存在語義隔閡，虛擬機監(jiān)控器做出的盲目調(diào)度行為會使得并行應(yīng)用程序在多虛擬機整合運行情形下的性能嚴重降低。如何提升虛擬機整合運行時

3、的系統(tǒng)運行效率，是另一個頗有實際意義的研究問題。
　　本文針對上述虛擬化環(huán)境中安全性和性能方面的兩個問題，深入剖析了其內(nèi)在成因，提出并實現(xiàn)了可行的解決方案，修改或重新設(shè)計了現(xiàn)有系統(tǒng)，改善了虛擬化環(huán)境中操作系統(tǒng)的安全性和性能。
　　具體而言，本文的主要貢獻可以概括如下：
　　基于嵌套式虛擬化實現(xiàn)了Secure KVM系統(tǒng)。通過在原虛擬機監(jiān)控器KVM下方添加安全嵌套式虛擬化層，Secure KVM將原先占據(jù)系統(tǒng)最高權(quán)限的K

4、VM調(diào)整到非根模式運行，并在嵌套式虛擬化層中監(jiān)視KVM做出的所有與客戶虛擬機相關(guān)的操作。Secure KVM在保障了客戶虛擬機正常運行的同時，避免其中的用戶隱私數(shù)據(jù)遭到惡意虛擬機監(jiān)控器窺探，以可以接受的性能開銷增強了云環(huán)境中的數(shù)據(jù)安全。
　　在 KVM虛擬化平臺上實現(xiàn)了FlexCore，一個虛擬機動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)。FlexCore系統(tǒng)利用vCPU Ballooning這種全新虛擬機調(diào)度策略，通過主動減少賦予虛擬機的vCPU數(shù)目來避免因