面向云計算的軟件可用性機制研究.pdf

1、繼網(wǎng)格計算、對等計算后，作為一種新型計算模式出現(xiàn)的云計算，其核心理念是資源租用、應用托管、服務外包。在云計算模式下，IT資源的利用效率大大提高，然而，由于用戶都將自己的服務軟件部署在云計算平臺中，服務的可靠性問題就顯得愈來愈重要。一旦軟件出現(xiàn)故障，若不采取相應的保護措施，則其產(chǎn)生的后果及造成的經(jīng)濟損失是無法估量的。
　　目前國內外對軟件容錯機制的研究方興未艾，在云環(huán)境下尚存在一些亟待深入研究的問題。首先，云環(huán)境軟件的多樣性帶來的軟

2、件容錯效率問題。傳統(tǒng)的故障容忍機制并未考慮云環(huán)境下的多軟件實例情況，容錯信息的共享是一個新的挑戰(zhàn)，另外容錯機制可能會給軟件造成過多負擔而使軟件無法正常，甚至存在失效情況；其次，軟件容錯機制的正確性問題。目前容忍軟件內存故障的方法依然存在不足，需要損失軟件部分功能和安全性，或只去解決堆內存故障，而且也無法根據(jù)用戶需求來容忍軟件故障；最后，云環(huán)境下的軟件漏洞在線修復問題。最近研究表明從漏洞發(fā)現(xiàn)到官方補丁發(fā)布之間需要漫長時間。雖然在這漫長的危

3、險期內，用戶可以借助軟件容錯機制暫時消除漏洞所引發(fā)的服務中斷困擾，但是由于未修復漏洞而不能消除漏洞帶來的潛在安全問題，而且也無法聯(lián)合云環(huán)境下多樣化的軟件實例來共同防御攻擊。棧溢出漏洞極大地影響計算系統(tǒng)的安全性，然而當前軟件故障容忍機制只是關注如何容忍已檢測到的軟件棧溢出故障，而忽視去修復漏洞；而解決軟件漏洞的最終方案是在渡過危險期后，即在官方補丁發(fā)布后，采用動態(tài)軟件升級機制來動態(tài)應用漏洞補丁修復漏洞，此外也可以用于擴充軟件功能。然而目前

4、的動態(tài)軟件升級機制存在諸多不足，需要借助編譯器來編譯軟件以使得軟件可以升級或正在運行的軟件升級可能會被無限拖延，而且都將更新中進行人工協(xié)助的用戶視為軟件開發(fā)者，需要用戶通曉待升級的軟件，這極大的限制動態(tài)軟件升級的適用范圍。為了解決此類問題，將對云環(huán)境下的軟件可靠性方向進行研究。
　　首先，針對云環(huán)境軟件的多樣性帶來的軟件容錯效率問題，提出云環(huán)境下軟件故障容忍機制，其針對云計算環(huán)境下存在多軟件實例的情況，采用在多軟件實例之間共享軟件

5、故障容忍信息來快速恢復故障，共同防御攻擊。此外改進傳統(tǒng)軟件故障容忍機制的有效性，采用帶權值的營救點技術并結合錯誤虛擬化技術來提高故障容忍的能力。通過使用包含多種漏洞的Web服務器軟件來進行有效性評估，實驗結果表明該機制可以在數(shù)秒內使Web服務器軟件從這些漏洞所引發(fā)的故障中恢復，而且只造成適度的性能開銷。
　　其次，針對軟件容錯正確性問題，提出訪存虛擬化的概念，可以將棧對象在受保護的內存區(qū)域中重分配并重定向訪問，從而將一個靜態(tài)的棧對

6、象轉化為一個動態(tài)分配的對象。以此為基礎，提出一種主動式的軟件內存故障按需容忍機制，以安全且不損失軟件功能的容忍故障為目標，能夠根據(jù)用戶的需求提供一段時間內的軟件內存安全。在這段時間內，該機制將堆棧對象進行統(tǒng)一管理并進行安全保護。通過使用包含不同類型的內存漏洞的多個軟件來測試有效性，實驗結果表明該機制可以方便地創(chuàng)建并且銷毀一個可熱插拔的安全域，而且可以在安全域中保護軟件免于內存漏洞帶來的困擾。
　　再次，針對軟件危險期中的棧溢出漏洞

7、修復問題，提出一種被動式的軟件棧溢出漏洞修復機制，其可以臨時性地修復棧溢出漏洞。該機制能夠精確診斷引發(fā)棧溢出的“危險”棧緩沖區(qū)，并自動生成補丁進行修復，修復方法是以訪存虛擬化機制為基礎，將危險棧緩沖區(qū)動態(tài)地重分配到受保護的堆空間中進行保護。通過使用不同類型的軟件來測試有效性，實驗結果表明該機制能夠快速地生成補丁并成功容忍后續(xù)的相同攻擊，而且生成的補丁對軟件正常運行帶來很小的影響。
　　最后，針對官方補丁發(fā)布后的補丁動態(tài)應用難題，提

8、出一種面向云計算的動態(tài)軟件升級機制，其以從根本上解決軟件漏洞為目標，在無需借助特定編譯器的條件下，采用多線程程序的立即更新方法以及針對特定漏洞補丁的細粒度代碼更新方法，直接支持以二進制可執(zhí)行代碼發(fā)布的軟件以及正在運行中的軟件，而且所采用的面向云計算的動態(tài)軟件升級架構既適用于云計算的架構部署也分離出軟件開發(fā)者和普通用戶在軟件升級中各自職責，極大地擴充動態(tài)軟件升級系統(tǒng)的適用范圍。通過使用不同類型的軟件來測試有效性，實驗結果表明該機制可以更新