关键词:
微内核
操作系统
虚拟文件系统
访问控制技术
摘要:
随着智能设备的普及,云计算技术的发展等新型应用场景的出现,将不同设备、不同功能模块集成到系统上让万物互联的需求日益增长,因而对于系统的资源限制、安全性、灵活性以及节能效率等方面提出更高要求,这些使得微内核操作系统逐渐成为热门趋势。在微内核架构中,内核功能进一步精简,仅保留系统能运行的基本功能模块。虚拟文件系统(Virtual File System,VFS)作为独立的模块被解耦出来部署在隔离的用户空间,提供一个公共文件模型用来表示任何文件系统的通用特性集合行为,仍然是操作系统重要的功能模块。然而,目前关于微内核操作系统大多数的研究在内核模块,对于用户态中文件系统服务鲜少提及。本文在现有研究基础之上,旨在将虚拟文件系统服务实现在用户空间,做到VFS对于内核透明,从而进一步精简内核功能,同时优化文件系统服务的性能和可定制性。本文围绕微内核操作系统中虚拟文件系统的研究与实现展开,基于团队自研的Mginkgo微内核操作系统,在此基础上进行VFS组件化的设计,对VFS采取客户/服务器形式,除了要提供一个公共的文件集合模型,还需在该层实现细粒度访问控制以及高性能优化查找,以实现一个概念丰富、功能完整、高性能且高安全的虚拟文件系统,本文的主要创新点如下:(1)本文经过对国内外主流微内核操作系统及其虚拟文件系统技术的研究,提出了一种基于微内核架构的虚拟文件系统设计方案,并在团队自研的微内核操作系统上成功实现。该方案在概念丰富、功能完整、可扩展性强等方面具有优势,为微内核操作系统提供了可靠的文件系统服务支持。(2)本文采用面向角色构建虚拟文件系统的方法,实现了更细粒度的文件访问控制,避免了全局文件系统视图被任何应用程序可见的潜在问题。此外,考虑到微内核架构适用于多用户场景,该方案也为未来的扩展提供了更多的可能性。(3)本文在提升虚拟文件系统查找性能的同时保证其可靠性,引入了索引节点缓存、哈希存储以及负索引节点优化查找速度的方法。同时,针对负索引节点设置管理策略,消除洪泛攻击与缓存溢出的潜在风险。这些技术的研究和实现对系统性能的提升起到重要作用,同时也为其他相关领域的研究提供了借鉴和参考。综上所述,本文基于微内核架构操作系统实现的虚拟文件系统模型具有功能完善、可扩展性强、高性能以及安全性高等特点。