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Windows平台下虚拟执行环境的研究与实现

作　者: 刘泽鹏
导　师: 刘丹
学　校: 电子科技大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 命名空间重定向 写时拷贝 文件系统过滤驱动 虚拟执行环境 OSLVEE
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
引　用: 2次
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内容摘要


虚拟化技术是一种将硬件或软件资源进行分解,以构造多个彼此隔离的执行环境的技术。这种彼此隔离的特性为虚拟化技术的应用奠定了基础。当前,虚拟化技术在服务器整合、平台迁移、充分利用系统资源、灾难恢复、虚拟应用程序等领域发挥着越来越重要的作用。在非安全程序的检测和调试领域,虚拟化技术发挥的作用尤其重要。虚拟化技术能够模拟一个真实的应用程序运行环境,使得任何运行于其中的应用程序如同运行在真实执行环境中一样。利用虚拟化技术不仅能够对应用程序的行为进行监控,也能够保护主机系统免遭恶意程序的破坏。关于虚拟化,最大的挑战就是如何更好的实现虚拟执行环境与主机系统的隔离。本文首先概括分析了当前虚拟化技术的研究和发展现状,并对比分析了当前流行的各种虚拟化技术,在分析了Windows操作系统分层体系结构的基础上得出实现一种隔离性强、资源消耗低的操作系统层的虚拟执行环境(OS Level Virtual Execution Environment,OSLVEE),该虚拟执行环境的主体是一个“虚拟内核”,该虚拟内核负责文件系统、注册表资源、进程间通信、系统内核对象、系统守护进程以及网络子系统的虚拟化。系统的实现基于以下几点:一是利用虚拟磁盘技术为OSLVEE提供一个虚拟化磁盘,然后利用Windows操作系统的文件系统过滤驱动技术将OSLVEE内的所有文件系统请求重定向到该虚拟磁盘上,从而达到隔离主机系统和虚拟执行环境的目的。二是利用命名空间重定向机制,通过在用户空间截获系统库函数实现网络子系统、进程间通信以及系统服务的虚拟化;通过在内核态截获系统调用实现内核对象和注册表资源的虚拟化,从而达到为应用程序执行提供虚拟系统资源和服务的目的。三是利用写时拷贝机制(Copy On Write,COW),保证主机系统与虚拟执行环境之间的数据一致性。通过实验证明,该执行环境能够为应用程序的运行提供真实的运行环境,在病毒检测,不可信程序检测及调试方面,达到了保护主机系统、隔离恶意破坏行为的目的,并且能够为后续应用程序的行为分析提供充足的依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 虚拟化技术概述  13-15
  1.2 课题的研究意义及目的  15
  1.3 课题背景  15-16
  1.4 论文主要内容及组织结构  16-18
第二章 虚拟化方法研究  18-38
  2.1 虚拟化发展现状  18-21
    2.1.1 虚拟机的主要分类  19-20
    2.1.2 虚拟机的主要特点  20-21
  2.2 硬件级虚拟化  21-23
    2.2.1 全虚拟化（Full Virtualization）  21-22
    2.2.2 本地虚拟化（Native Virtualization）  22-23
    2.2.3 半虚拟化（Paravirtualization）  23
  2.3 操作系统级虚拟化  23-24
  2.4 应用程序级虚拟化  24-25
  2.5 虚拟化实现主要技术  25-36
    2.5.1 Windows 操作系统过滤驱动  25-29
    2.5.2 Windows 下的虚拟磁盘  29-30
    2.5.3 写时拷贝机制  30-31
    2.5.4 命名空间重定向  31-36
  2.6 本章小结  36-38
第三章 操作系统层虚拟执行环境总体设计  38-48
  3.1 系统概述  38-40
  3.2 虚拟化思想方法  40-41
  3.3 OSLVEE 系统总体框架  41-46
    3.3.1 系统框架设计  41-42
    3.3.2 平台应用及处理流程  42-44
    3.3.3 进程关联  44
    3.3.4 通信限制  44-46
  3.4 OSLVEE 虚拟环境控制台  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章 操作系统层虚拟执行环境模块实现  48-74
  4.1 文件系统虚拟化  48-53
    4.1.1 Winodws 文件系统虚拟化概述  48-50
    4.1.2 Windows 文件系统虚拟化实现  50-53
  4.2 注册表虚拟化  53-60
    4.2.1 注册表虚拟化概述  53-56
    4.2.2 注册表虚拟化实现  56-60
  4.3 内核对象虚拟化  60-65
    4.3.1 内核对象虚拟化概述  60-62
    4.3.2 内核对象虚拟化实现  62-64
    4.3.3 其他内核对象的虚拟化  64-65
  4.4 进程通信虚拟化  65-70
    4.4.1 进程通信虚拟化概述  65-66
    4.4.2 进程通信虚拟化实现  66-70
  4.5 网络访问虚拟化  70-72
    4.5.1 网络子系统虚拟化概述  70-71
    4.5.2 网络自系统虚拟化实现  71-72
  4.6 守护进程管理虚拟化  72-73
    4.6.1 守护进程虚拟化概述  72
    4.6.2 守护进程虚拟化实现  72-73
  4.7 本章小结  73-74
第五章 虚拟执行环境评估  74-80
  5.1 功能评估  74-78
    5.1.1 测试方案  74-76
    5.1.2 测试结果  76-78
  5.2 性能评估  78-79
  5.3 本章小结  79-80
第六章 论文总结及展望  80-82
  6.1 论文总结  80-81
  6.2 展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-86
攻硕期间取得的研究成果  86-87

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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