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比Windows或Linux系統更安全的MINIX 3
2009-05-18   51CTO


阿姆斯特丹Vrije大學的計算機科學教授Andrew S. Tanenbaum正領導著一個開發MINIX 3操作系統的項目,MINIX 3的目標是比Windows或Linux更安全。

在他那份獲得歐盟研究委員會(European Research Council)5年250萬歐元資助的研究計劃書里,Tanenbaum解釋了為何他認為現有的操作系統不安全:

最嚴重的可靠性及安全問題是與操作系統相關的那些。核心問題在于現有操作系統都不符合POLA——最低授權原則(Principle OfLeastAuthority)。POLA說的是系統劃分組件的方式,應當使必然存在于某個組件中的缺陷,不至于波及其他組件。每個組件僅應該得到完成它本身工作所需的權限,不多不少。具體來說,它應該無權讀寫屬于其他組件的數據,無權讀取它自身地址空間之外的任何計算機內存,無權執行與它無關的敏感操作指令,無權訪問不該訪問的I/O設備,諸如此類。現有操作系統完全違反以上原則,結果就是造成眾多可靠性及安全問題。

Tanenbaum認為設備驅動程序是主要的肇事者:

典型的操作系統代碼中大約有70%屬于設備驅動代碼。我們知道設備驅動部分的每行缺陷數量是其他部分的3到7倍。有據可查63%到85%的Windows XP崩潰根源是驅動錯誤,Linux的情況也沒什么理由會不一樣。

MINIX的操作系統架構稍有不同:



Tanenbaum指出其中的主要區別是令設備驅動運行在用戶態能提高安全性:

設備驅動處于內核之上,運行在用戶態。每個驅動都作為單獨的進程運行,受到內存管理硬件的嚴格約束,只能訪問自己擁有的內存。設備驅動需要執行I/O操作的時候向微內核發出調用以獲得服務(比如向物理設備發出指令)。微內核在執行任何調用之前,首先會檢查該調用是否被許可。因此從聲音驅動發出控制聲卡的調用會被接受,而從聲音驅動發出控制硬盤的調用會被拒絕。

總體目標是:

……將操作系統的結構重新組織為一個運行于內核態的微內核,外加若干用戶進程去完成真正的操作系統任務。盡管一個微內核離完整的操作系統還很遠,但這樣的設計達到了我們的主要目標。我們的目標是將大部分操作系統代碼移出到用戶空間,這樣我們就能將之劃分成進程并阻止它們執行“危險”(控制)指令,內存管理硬件也能防止進程訪問自身所屬以外的內存。

目前MINIX 3的版本是3.1.3a版,它的主要特性包括:

◆符合POSIX

◆TCP/IP網絡

◆X Window系統

◆語言支持包括cc、gcc、g++、perl、python等等

◆超過650個UNIX程序

◆完全支持多用戶和multiprogramming多任務

◆設備驅動作為用戶進程運行

◆高度容錯

◆提供完整的C源代碼。

由于MINIX實現了POSIX標準,大多數UNIX程序只要細微修改或無需修改就能在上面運行。該項目進入了Google’s Summer of Code 2008,還設立了相應的MINIX討論組。

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