设备驱动非内核化通信机制的研究与实现

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1、皆乘；與交謂ｆｌ■ｐｉ？±专业学位论文ｐ姻感ｂｐ１＾设备驱动非内撇通信棚醜究与实魏工程领域计龍技术麵师画麵培养院系计ｉ：机与信息技术学院於乂＃硕±专业学位论文设备驱动非内核化通信机制的研究与实现民ｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆ化ｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐ－ｋｅｍｅｒｖｅｒｓＮｏｎｌＤｅｖｉｃｅＤｉ作者；谭巧导师：崔离寿北巧交通大学２０１６年６月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保

2、留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅觉服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供査阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件巧磁盘。学校可为存在馆际合作关系的兄弟髙校用户提供文献传递服务和交换服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名；ｍ年＾／签字日期：又Ｗ《＜月２５日签字日期：私約＾《月日‘ＯＯＯＪ：巧校化４义ｌ南级公化北京交通大学硕ｉ专业学位论文设备驱动非内核化通信机制的研究

3、与实现ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐＮｏｎ－ｋｅｍｅｌＤｅｖｉｃｅＤｒｉｖｅｒｓ作者姓名：谭巧学号：１４１２５１９９导师姓名；崔髙寿职称：副教授工程硕±专业领域：计算机技术学位级别；硕±北京交通大学２０１６年６月ｉｉｉ致谢、本论文是在我导师崔高寿老师悉也指导下完成的，霍老师渊博的学术知识严谨的治学态度、科学的工作方法和循循善诱的教学方式使我获益良多。从课题的确定到论文工作的完成一，每步都是在崔老

4、师的耐也指导下进行的，凝聚了老师大量的必血，在此由衷的对崔老师表示感谢。在学习和生活上，崔老师也给予了我无微不至的关怀，在老师那里我不仅学会了很多专业知识，还学会了待人接一。物的道理，这将使我获益终生，也将成为我今后工作和生活上的笔宝贵财富在论文撰写期间，我也得到了计算机与信息技术学院多位老师的教导，レッ及实验室同学和朋友们的关也和帮助，正是由于他们的关怀，我才能１＾最快的速度获取知识。，在此对他们也表示深深的感谢最后，感谢我的家人朋友，有了家人的理解和支持我才能够在学校专私完成我的学业，也让我的生活变得更加丰富多彩

5、。ｉｖ北京交通大学硕１：专化学位论文摘要随着计算机技术的快速发展和硬件水平的不断提升，操作系统的安全性和可一靠性己成为当今重要的研究课题。内核是整个操作系统的核屯、，而半Ｗ上的内核代码是由设备驱动程序组成的，被认为是内核漏洞的主要来源。设备驱动程序通常系统级权限运行在内核空间，而操作系统对运行在内核空间的程序是完全一信任的。所１＾，旦设备驱动程序中存在漏洞或恶意代码，很可能会影响操作系统安全，甚至导致整个系统的崩溃。因此，为了防止由设备驱动程序引起的系统故障一，本文提出了种驱动漏洞隔离方法，将部分非性能相关

6、的驱动程序迁移到一用户空间运巧，同时设计出种有效的通信机制，Ｗ尽量降低用户空间驱动程序与内核进行信息交互的额外开销，保障驱动运行效率，从而避免操作系统性能受到太大影响。本文在分析Ｌｉｎｕｘ设备驱动程序结构及相关源码的基础上，研巧了设备驱动非内核化拆分方法及通信机制，并针对特定声卡驱动程序和网络设备驱动程序设计一。实现了相应的拆分运行方案方面，确定设备驱动程序拆分标准，并依据此标准分析给出适合迁移到用户空间的具体函数，尝试将原有设备驱动程序进行拆分，一迁移部分内核函数到用户空间。另方面ＪＵＥ常运，为了使拆分后的驱动

7、程序可Ｕ一ｉ行，重点对Ｌｎｕｘ内核空间与用户空间的通信机制进行研究，形成种基于ｉｏｃｔｌ系统调用和完成量ｃｏｍｌｅｔｉｏｎ的同步通信机制－ｐ，通过请求应答的方式实现内核空间与用户空间函数之间的数据交互。为减轻内核空间与用户空间的通信负荷，还对相关共享数据的非内核化处理进行了研究一。上述研究和技术方案在定程度上实现了驱动程序的漏洞隔离，在不降低设备驱动程序运行效率和系统性能的基础上保障了操作系统的可靠性。实验结果衷明一，拆分后的设备驱动程序可Ｗ像原始驱动程序样正常运行并完成原有各项功能一，同时在运行过程中不会増加过多的系统

8、开销。下步的研究可围绕设备驱动非内核化的自动化实现来开展。关Ｉｔ词：操作系统可靠性；设备驱动程序；内核空间设备驱动