Earticle

Performance analysis of process plays a significant role in improving the overall efficiency of any system. Usually, this task is accomplished either by system level commands or user space applications, based on procfs or sysfs file system. There are many creative techniques and popular commercial applications available to perform this management and fine tuning of process. But, these existing user space based mechanisms are limited in scope and often fail to provide the required process specific data to user. In order to avoid this limitation, we have proposed a new linux kernel module (LKM) based approach, which can be potentially used to track any process specific data in real time. In this approach, the user does not require any separate tool but the kernel module to gather all essential information. Further, the competence of this module based technique can be enhanced by incorporating additional functionalities and thereby making it a full-fledged multi process abstraction layer to cater the needs of any high performance embedded platform.

해커들은 공격당한 시스템에서 공격자의 흔적을 숨기는 많은 테크닉을 오랫동안 개발해 왔다. 자신의 모습을 감추고 보다 용이한 재침입을 위해, 최근의 백도어(Backdoor)는 커널(Kenel) 구조와 코드 자체를 변경할 수 있는 기능을 가지고 있어서, 우리는 더 이상 커널 자체를 신뢰할 수 없게 되었다. 이 논문에서는 LKM(Loadable Kernel Module) Rootkit에 대한 체계적인 분석을 통해 이에 대한 보다 향상된 대응책을 찾고자 한다.

공격자는 시스템에 침입하기 위해 취약점을 수집하며 여러 공격방법을 통해 루트권한을 획득하게 된다. 루트권한을 획득한 공격자는 공격 시스템에 루트킷을 설치하여 침입에 대한 흔적을 숨기고 차후 침입을 위한 백도어를 남기게 되는데 최근 등장한 커널 기반의 루트킷은 시스템에 대한 침입 탐지를 어렵게 하고 있다. 이러한 공격에 대응하기 위해 침입탐지 및 차단을 위한 보안 시스템들이 많이 개발되어 왔지만 공격자들은 보안 시스템들을 우회하여 시스템에 침입하고 있다. 본 논문에서는 루트권한을 획득한 공격자의 불법행위를 막기 위해 시스템 보안 강화 LKM을 설계, 구현하며 중요 파일의 변조와 루트킷의 실치를 막고 공격자의 불법행위를 관리자에게 실시간으로 알릴 수 있는 방법을 제안한다.

안전한 운영체제(Secure Operating System)는 컴퓨터 운영체제의 보안상 결함으로 인하여 발생 가능한 각종 해킹으로부터 시스템을 보호하기 위하여 기존의 운영체제 내에 보안 기능을 통합시킨 보안 커널(Security Kernel)을 추가로 이식한 운영체제이다. 본 논문에서는 polaris 8에서 동작하는 보안 커널을 설계하기 위해 안전한 운영체제와 보안 커널 개발 기술, 솔라리스 운영체제 및 커널 기술을 살펴본다. 이를 토대로 RBAC(Role-Based Access Control)을 지원하고 시스템의 취약점을 감시하는 Solaris 8 기반의 보안 강화용 LKM(Loadable Kernel Module)을 설계한다.

최근 하루가 다르게 증가하는 이동전화 가입자의 통화 품질을 보장하기 위해CDMA중계기의 중요도가 증가하고 있으며 자동화된 모니터링 시스템의 필요성이 대두되었다. Embedded Internet하에 CDMA중계기를 임베디드 리눅스 시스템과 연동하여 리눅스 커널 레벨에서의 모니터링 방안으로 EKMM(Embedded internet based Kernel level Monitoring Modules)시스템을 제시한다. 본 시스템은 SA-1110 마이크로 프로세스로 구현된 하드웨어에 시리얼 디바이스 드라이브와 네트웍 디바이스 드라이브를 설계하였다. 또한 리눅스 커널을 재구성하며 동적 로딩 방식으로 EKMM이 탑재되어 기존의 중계기 임베디드 시스템 보다 기능 확장성이 뛰어나고 성능이 향상된 중계기 모니터링 시스템을 설계 구현하였다.

리눅스를 비롯한 현대 OS들은 모놀리식 커널디자인을 채택하여 높은 확장성을 보여주지만, 모든 메모리 공간을 공유하기 때문에 취약한 보안을 가지고 있었다. 본 연구는 웹어셈블리를 활용하여 커널 내부에서 격리된 커널 모듈을 제시한다. 웹어셈블리는 메모리 안전성을 보장하면서도 저수준 명령어 집합을 정의하여 높은 성능을 보여주는 가상머신을 제공한다. 본 논문에서는 웹어셈블리 실행환경을 커널 내부에 구현하여 개발자가 커널 모듈의 동작을 제어할 수 있도록 허용하고 더 높은 보안성을 달성하였다.

Modern OSs, including Linux, show high scalability by adopting a monolithic kernel design, but have weak security because they share all memory space. This study presents a kernel module that are isolated inside the kernel using WebAssembly. WebAssembly provides a high-performance virtual machine by defining a low-level instruction set while guaranteeing memory safety. In this paper, the WebAssembly execution environment is implemented inside the kernel, allowing developers to control the operation of kernel modules and achieving higher security.

병렬 클러스터 컴퓨팅 시스템에서는 노드간의 효율적인 통신이 시스템의 전체 성능을 좌우하는 중요한 요소로 인식되어 왔다. 따라서 지금까지의 많은 연구들은 노드간 통신(inter-node communication)의 성능 향상에 초점을 맞췄다. 하지만 최근 등장한 멀티 코어 프로세서(multi-core processor)는 노드간 통신 외에도 노드내 통신(intra-node communication)의 중요성을 크게 부각시키고 있다. 이와 같이 그 중요성이 점점 더 증가하고 있는 노드내 통신의 성능을 향상시키기 위해서 여러 가지 노드내 통신향상 기법들이 제안되어 왔다. 본 논문에서는 운영체제 커널의 도움으로 노드내 통신 시 발생하는 데이터 복사를 최소화하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 프로세스의 통신 버퍼를 상대 프로세스의 메모리 영역에 매핑하여 데이타 복사가 한번만 발생하도록 한다. 특히 제안된 기법은 리눅스 커널 버전 2.6을 위해서 설계된다. 성능 측정은 멀티 코어 프로세서를 장착한 시스템에서 이루어 졌으며, 기존 구현과 비교하여 본 논문에서 구현된 커널 모듈이 중간 및 작은 데이타 크기에 대해서 지연시간과 처리율을 각각 최대 62%와 144% 향상시킴을 보인다. 또한 프로세스가 수행되는 코어의 위치에 따라서 다른 성능을 보일 수 있음을 보인다.

In parallel cluster computing systems, the efficiency of communication between computing nodes is one of important factors that decide overall system performance. Accordingly, many researchers have studied on high-performance inter-node communication. The recently launched multi-core processor, however. increases the importance of intra-node communication as well because the more the number of cores in a node, the more the number of parallel processes running in the same node. Though there have been studies on intra-node communications, these have limited considerations on the state-of-the-art systems. In this paper, we propose a Linux kernel module that minimizes the number of data copy by exploiting the memory mapping mechanism for high-performance intra-node communication. The proposed kernel module supports the Linux kernel version 2.6. The performance measurements over a multi-core system present that the proposed kernel module can achieve lower latency up to 62% and higher throughput up to 144% than an existing kernel module approach. In addition, the measurements reveal that the performance of intra-node communication can vary significantly based on whether the cores that run the communication processes are belong to the same processor package (i.e., sharing the L2 cache).

기존의 컴퓨터 시스템에서는 인터넷의 대표적인 통신 프로토콜인 TCP/IP 가 호스트 CPU 에서 처리되는데, 이는 호스트 CPU 에 많은 부하(load)를 발생시켜 전체 시스템의 성능을 저하시키는 문제를 야기한다. 최근 이러한 문제점을 해결하는 방안으로서 네트워크 어댑터에서 TCP/IP 를 처리하는 TOE(TCP/IP Offload Engine)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 TOE 가 성공적으로 컴퓨터 시스템에 적용되는 위해서는 이를 지원하는 운영체제용 커널 모듈의 개발이 필요하며, 커널 모듈은 기존의 TCP/IP 를 위한 소켓 인터페이스를 바이너리 수준에서 호환성을 제공해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 Linux 시스템에서 소켓 인터페이스에 대한 바이너리 수준의 호환성을 제공하는 TOE 용 커널 모듈을 제안하고 개발하였다. 또한, 실험의 통하여 TOE 커널 모듈이 CPU 에 부하를 거의 발생시키지 않음을 확인하였다.

본 논문에서는 프로세서별 서로 다른 버스에 서로 다른 운영체제를 갖는 멀티코어 시스템에서 공유 메모리 기능을 구현하고, 임베디드 리눅스 시스템을 통하여 두 프로세서 사이에서 공유 메모리 기능을 실험하였다. 듀얼 버스 구조에서 공유 메모리 구현을 위해 메모리 컨트롤러를 이용하였으며, 리스트 자료구조를 통하여 공유 메모리 세그먼트를 관리한다. AMP 멀티 코어 실험을 위하여 2개의 프로세서 코어에 리눅스 운영체제를 탑재하도록 하였다. 그리고 공유 메모리 테스트를 위하여 구현된 커널 모듈을 이용하여 공유 메모리 생성 및 이용이 가능함을 확인 하였다.

In this paper, shared memory feature was developed in multi-core system with different OS for different processor-specific bus, while conducting an experiment on shared memory feature between the two processors based on embedded Linux system. For the purpose of developing shared memory in dual bus structure, memory controller was used, while managing shared memory segment through list data structure. For AMP multi-core test, Linux OS was installed in 2 processor cores. In addition, it verified the creation and use of shared memory by using kernel module implemented to test shared memory.

요즘 값싼 PC를 빠른 네트웍으로 묶어 높은 성능을 얻고자하는 클러스터 컴퓨팅에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구 중 클러스터 컴퓨팅 환경을 구성하는 여러 컴퓨터들을 하나의 컴퓨터처럼 보이게 해주는 단일 시스템 이미지 서비스는 사용자에게 쓰기 편리한 환경과 높은 가용성을 제공하여 준다. 단일 시스템 이미지 서비스를 제공하기 위해서는 단일 프로세스 공간, 단일 메모리 공간 및 단일 디스크 입출력을 제공하여 주어야 한다. 단일 디스크 입출력은 여러 컴퓨터에 나누어져 있는 디스크들을 하나의 큰 디스크로 보여주고 여러 디스크들을 효율적으로 사용할 수 있도록 서비스를 제공한다. 이러한 단일 디스크 입출력을 사용자 수준이나 파일 시스템 수준에서 제공하여 주는 것은 성능 측면이나 투명성의 측면에서 커널 모듈로 제공하여 주는 것 보다 좋지 않다. 따라서 본 논문에서는 단일 디스크 입출력을 위하여 커널 모듈 프로토타입을 설계하고 구현한다. 그리고 네트웍 파일 시스템과 단일 디스크를 이용하여 단일 디스크 입출력을 위한 터널 모듈의 성능과 비교, 분석한다.

최근 국내에 공개 운영 체제인 리눅스 시스템의 증가함에 따라서 보안에 중요성이 커지고 있는데 LKM 백도어는 커널 소스를 변경 하기 때문에 강력한 기능을 가지고 있어, 악의적인 코드로 인해 시스템에 근피해를 입힐 수 있다. LKM백도어 방지에 대한 여러 가지 방법이 소개가 되었지만, 대부분의 경우 커널을 수정해야 하기 때문에 설치가 쉽지 않으며, 사용의 제약이 많다. 따라서 본 논문에서는 커널에 의존하지 않고 insmod안에 LKM을 탐지를 할 수 있는 시스템을 설계를 하며, 일반적인 모듈과 LKM 백도어 모듈을 구분하여 일반적인 모듈은 정상적인 진행을 하고, LKM 백도어에 대해서는 로딩을 할 수 없는 안정적인 사용을 할 수 있는 시스템을 제안 한다.

PC의 주변장지를 사용하기 위한 운영체제의 디바이스 드라이버의 구현은 하드웨어에 대한 정확한 명세가 없으면, 많은 노력과 비용이 요구된다. 현재 대부분의 PC 주변장치를 생산하는 업체는 리눅스를 위해서 별도의 디바이스 드라이버와 사용자 인터페이스 프로그램을 제공하고 있지 않다. 본 논문에서는 윈도우 운영체제에서 사용하기 위해 만들어진 MP3 Player의 디바이스 드라이버 및 사용자 프로그램이 윈도우 상에서 작동되는 내부적인 과정을 분석하고 리눅스의 proc 파일 시스템을 이용하여 하드웨어의 명세 및 프로토콜을 조사하였다. 그리고 여기에서 얻은 장치의 정보를 리눅스를 위만 디바이스 드라이버 린 사용자 프로그램의 구현에 응용하여, 리눅스 환경에서 적은 비용과 시간을 들여 디바이스 드라이버를 개발하는 방법을 제안한다.

일반적으로 악의적인 사용자는 시스템에 공격을 가해 관리자 권한을 취득한 후 그 시스템에 쉽게 침입하기 위해 백도어를 설치해 놓는다. 이전의 백도어는 대부분 사용자 영역에서 수행중인 응용 프로그램의 형태로 설치가 되었다. 그러나 최근에는 로더블 모듈과 같은 운영체제의 확장 방법을 이용하여 커널 영역에서 수행되는 백도어가 나타나게 되었다. 이러한 커널 백도어를 구현하는 방식은 크게 시스템 콜 테이블을 수정하는 방법과 시스템 콜 처리 루틴을 수정하는 방법의 두 가지로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 기존에 구현된 커널 백도어의 특성 분석을 하였으며, 이를 기반으로 커널 백도어를 효율적으로 차단 및 탐지할 수 있는 방안을 제안하고 있다. 본 논문에서 언급하는 방안은 커널 메모리 영역에 대한 분석을 통하여 백도어가 시스템 콜 테이블을 수정하거나 시스템 콜 처리 루틴을 변경할 수 없도록 하는 보호 메커니즘을 적용하고 있다. 이를 통하여 커널 내부로 적재되어 백도어를 생성하는 악의적인 모듈의 가능성을 원천적으로 방지할 수 있다.

일반적으로 시스템들은 관리자를 위한 많은 로깅 기능을 제공한다. 이러한 로깅 기능에는 사용자 행위를 파악하는 부분도 제공하고 있으나 정작 사용자들이 입력하는 명령어를 직접 로깅하는 기능은 없거나 매우 미약하다. 시스템 사용자들이 입력한 명령어는 시스템 자체에서 사용자가 어떤 행위를 하였는가를 가장 확실히 보여주는 중요한 단서이다. 본 논문에서는 리눅스 커널을 기반으로 하여 사용자 키스트로크를 로그로 남길 수 있는 방법을 제안하고 구현한다.