● 摘要
随着互联网的飞速发展，云计算逐渐成为以一种新型互联网计算模式，基于虚拟化技术实现大规模计算资源的聚合管理。云计算能够通过网络以服务的方式为用户提供动态可伸缩的虚拟化资源，在提高资源利用率的同时提高了业务的可持续服务能力，逐渐成为企业信息化和业务应用的基础设施。然而，在云计算环境中，计算和数据资源逐渐从传统的用户管理模式转变为云平台中心托管，同时由于云服务所处虚拟计算环境的固有开放性，以及云平台运行大量多租户软件和业务的共享特征，使得为基于虚拟化的云平台提供安全服务成为云服务广泛应用的提前。虚拟机作为云平台的核心组件，有效利用虚拟机监控器的特权能力实现对平台中服务进程的监控成为实现安全的重要途径。
针对虚拟机进程的监控目前已有诸多技术方案，现有的方法主要基于虚拟机自省技术，将监控软件从被监控的目标虚拟机隔离出来。但是，对进程的监控仅局限于虚拟机内进程信息的获取，忽略了对进程的实时控制；其次，在对用户敏感文件访问控制时采用截获系统调用的方式，存在被旁路攻击的可能；第三，几乎所有现有方法仅局限于特定操作系统的进程监控，无法适应云计算平台中复杂的部署环境，限制了云平台提供的服务类型。
针对以上问题，本文通过对虚拟机监控器KVM（Kernel-based Virtual Machine）、QEMU（Quick EMUlator）和多种版本操作系统及文件系统的分析，在研究虚拟机进程监控方法的粒度、兼容性等问题的基础上，设计并实现了一种应用于云计算平台的虚拟机进程监控系统。本文主要工作如下：
1. 通过对现有典型操作系统发行版本的分析，提出一种基于寄存器数值特征的操作系统类型及版本识别方法，该方法在虚拟机启动时和稳定运行的状态下，均能够在虚拟机监控器层自动识别客户机中操作系统类型及版本。
2. 通过对不同类型和版本的操作系统进程切换原理的分析，提出一种基于内核数据结构偏移集合的进程信息语义重建方法，该方法支持多种现行的Linux操作系统及Windows操作系统虚拟机内部进程语义信息的重建。
3. 通过对不同类型和版本的操作系统进程控制及其相关原理的分析，提出一种基于虚拟机监控器的虚拟机内部进程控制的方法；通过对不同文件系统组织结构的分析，设计并实现“文件-数据块集合”映射器，用来解决文件级别与数据块级别的语义鸿沟。
4. 基于KVM虚拟机监控器向安全应用开发者提供一组友好的用户态应用程序编程接口，编程人员不需要了解虚拟机监控器及虚拟机操作系统，便可使用该接口开发多种与虚拟机进程监控相关的审计、安全管理等应用工具。
5. 基于以上分析与研究，本文设计并实现了一个基于KVM的虚拟机进程级监控系统vMON，对虚拟机内运行的进程及相关文件操作进行监控，并选取多个安装不同Linux和Windows操作系统版本的虚拟机，分别进行了功能性验证实验及性能测试实验，实验结果表明vMON能够对运行不同操作系统类型的虚拟机提供实时的进程监控，且对虚拟机的整体性能影响约为10%。
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