ข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นกับการมีเคอร์เนลน้อยที่สุดที่เรียกใช้รหัสที่ได้รับการจัดการคืออะไร?

สมมติว่าฉันต้องการสร้างระบบปฏิบัติการโดยใช้เคอร์เนลตัวล่างที่เล็กมากซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแปลรหัสที่ได้รับการจัดการ / รันไทม์และเคอร์เนลส่วนบนขนาดใหญ่ที่คอมไพล์กับภาษาเครื่องที่ไม่ใช่เจ้าของภาษา (Java bytecode, CIL เป็นต้น) ตัวอย่างของระบบปฏิบัติการที่คล้ายกันจะเป็นเอกเทศและคอสมอส

ข้อผิดพลาดและความท้าทายในการพัฒนาที่มีอยู่คือการเขียนระบบปฏิบัติการด้วยโครงสร้างพื้นฐานแบบนี้ซึ่งแตกต่างจากโซลูชั่นดั้งเดิม

ความท้าทายในการพัฒนามีดังนี้:

1. พอยน์เตอร์:หากภาษาไม่มีพอยน์เตอร์มันจะเป็นความท้าทายในการทำงานที่ค่อนข้างง่าย ตัวอย่างเช่นคุณสามารถใช้ตัวชี้เพื่อเขียนไปยังหน่วยความจำ VGA สำหรับการพิมพ์ไปที่หน้าจอ อย่างไรก็ตามในภาษาที่มีการจัดการคุณจะต้องมี "plug" (จาก C / C ++) บางประเภทเพื่อทำสิ่งเดียวกัน

2. การประกอบ:ระบบปฏิบัติการต้องการแอสเซมบลีบางอย่างเสมอ ภาษาเช่น C #, Java, ฯลฯ ใช้งานได้ไม่ดีเท่า C / C ++ ใน C หรือ C ++ คุณสามารถมีชุดประกอบแบบอินไลน์ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับงานหลายอย่าง มีหลายกรณีที่จำเป็นต้องใช้สิ่งนี้ (ตัวอย่างใน x86): การโหลด GDT การโหลด IDT การเปิดใช้งานการเพจการตั้งค่า IRQ เป็นต้น

3. การควบคุม:ถ้าคุณกำลังใช้บางอย่างเช่นจักรวาลคุณไม่สามารถควบคุมได้อย่างเต็มที่ จักรวาลเป็นไมโครเคอร์เนลและ "bootstraps" เคอร์เนล "ของคุณ" เป็นหลัก คุณสามารถใช้บางอย่างเช่นคอสโมสตั้งแต่เริ่มต้นได้หากคุณต้องการจริงๆซึ่งอาจใช้เวลานานนาน

4. ค่าโสหุ้ย:ด้วยภาษาที่จัดการมีค่าใช้จ่ายจำนวนมากเมื่อเทียบกับ C หรือแม้แต่ C ++ สิ่งต่าง ๆ เช่นคอสมอสจำเป็นต้องใช้หลายสิ่งก่อนที่แม้แต่เคอร์เนลโลก C # hello ก็สามารถทำงานได้ ใน C คุณพร้อมที่จะไปไม่ต้องตั้งค่าจริง ใน C ++ มีบางสิ่งที่จำเป็นต้องนำมาใช้เพื่อใช้งานคุณสมบัติของ C ++

5. โครงสร้าง:ใน C / C ++ มีโครงสร้างที่ไม่มีภาษาที่มีการจัดการจำนวนมากและดังนั้นคุณจะต้องใช้วิธีการบางอย่างเช่น struct ตัวอย่างเช่นถ้าคุณต้องการที่จะโหลดราชกิจจานุเบกษา (Interrupt Descriptor Table) ใน C / C ++, คุณสามารถสร้าง struct (ที่มีคุณลักษณะที่บรรจุ) และโหลดโดยใช้การเรียนการสอน x86 ASM lidt ในภาษาที่มีการจัดการสิ่งนี้ยากที่จะทำ ...

ภาษาที่มีการจัดการไวยากรณ์ฉลาดง่ายกว่าอย่างไรก็ตามสำหรับสิ่งต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบปฏิบัติการหลาย ๆ ครั้งไม่เหมาะอย่างยิ่ง ไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถใช้งานได้ แต่มักจะแนะนำให้ใช้ C / C ++

ฉันเคยได้ยินมันอ้างว่า (โดยนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับเทคนิค microkernel ที่มีการแข่งขัน ) ที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับวิธีการประเมินความปลอดภัยของระบบที่สามารถขยายได้ผ่านการจัดการรหัส

ปัญหาคือว่าชนิดของข้อบกพร่องที่อาจทำให้เกิดช่องโหว่ด้านความปลอดภัยนั้นแตกต่างจากที่นักวิจัยด้านความปลอดภัยคุ้นเคย ใน microkernel ดั้งเดิมไดรเวอร์ทั้งหมดและส่วนย่อยอื่น ๆ ของเคอร์เนลจะถูกแยกออกจากกันโดยเรียกใช้พวกเขาในพื้นที่ที่อยู่ที่แตกต่างกัน ใน microkernel ที่การแยกถูกนำไปใช้ผ่านการตรวจสอบรหัสที่ได้รับการจัดการคุณหลีกเลี่ยงค่าโสหุ้ยในการสลับช่องว่างที่อยู่ทุกครั้งที่คุณต้องการใช้บริการย่อย แต่ข้อดีคือการประเมินกลไกการแยกนั้นยากกว่า

ส่วนใดส่วนหนึ่งของเคอร์เนล (บอกว่าไดรเวอร์อุปกรณ์) ที่เขียนในภาษาที่ได้รับการจัดการนั้นปลอดภัยหากว่าตัวตรวจสอบประเภทระบุว่าไดรเวอร์นั้นปลอดภัยและตัวตรวจสอบชนิดนั้นไม่มีข้อบกพร่อง ดังนั้นตัวตรวจสอบชนิดจึงเป็นส่วนหนึ่งของเคอร์เนลหลัก ในทางปฏิบัติดูเหมือนว่าตัวตรวจสอบชนิดมีขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าแกนประมวลผลแบบไมโคร นั่นหมายความว่าพื้นผิวการโจมตีมีขนาดใหญ่ขึ้น

ฉันไม่ทราบว่าเทคนิคการแยกไมโครเคอร์เนลแบบดั้งเดิมหรือเทคนิคการแยกรหัสที่มีการจัดการตามรหัสนั้นเชื่อถือได้จริงหรือไม่ มีปัญหา bootstrapping ที่นี่: จนกว่าจะมีการใช้เทคนิคการแยกรหัสที่ได้รับการจัดการอย่างกว้างขวางเราจะไม่ทราบว่าพวกเขาไม่ปลอดภัยบ่อยเพียงใด แต่โดยไม่ทราบว่าพวกเขามีความไม่ปลอดภัยอย่างไรจึงเป็นเรื่องยากที่จะปรับใช้พวกเขาในสถานการณ์ที่สำคัญต่อความปลอดภัย