Самый защищенный линукс. Самые безопасные Linux дистрибутивы

Каждый день смартфоны подвергаются атакам хакеров и вредоносного программного обеспечения, поэтому операционная система должна быть максимально безопасной, чтобы сохранить личные данные пользователя.

В данной статье мы рассмотрим популярные мобильные операционные системы и выясним, какая из них является самой безопасной.

Android

Мобильная операционная система от Google является одной из самых слабых по безопасности. Эксперты сообщают, что злоумышленник может взломать смартфон, просто отправив на него мультимедийное сообщение. Тем не менее, на последних версиях Android уделяется особое внимание безопасности, поэтому ситуация не настолько критическая.

Поскольку Android является системой с открытым исходным кодом, разработчики могут бесплатно использовать ее для своих целей. Иными словами, Android является большой мишенью для хакеров и вредоносных программ. В прошлом году порядка 97% вредоносных программ были созданы специально для Android устройств.

Магазин Google Play Store не может гарантировать полной безопасности при загрузке и установке приложений, а если вы скачиваете программы с других источников – риск заражения вирусом стремительно возрастает.

Реальность такова, что Android является самой используемой мобильной операционной системой в мире, а это означает, что она более выгодна для взлома.

BlackBerry

Популярность смартфонов BlackBerry сильно упала за последние несколько лет, несмотря на весьма хорошие отзывы о последних устройствах. Компания сменила собственную мобильную операционную систему на Android, что все равно не спасло от провала.

Многие государственные служащие использовали смартфоны BlackBerry, потому что они считались самыми безопасными.

Операционная система BlackBerry использовала end-to-end шифрование, независимо от модели смартфона. К сожалению, BlackBerry осталась в прошлом.

Ubuntu Touch

После выпуска первого смартфона на Ubuntu в прошлом году, многие предсказывали, что производители перейдут с Android на систему Linux, которой является Ubuntu.

Для тех, кто не знает о Ubuntu Touch, это операционная система с открытым исходным кодом, подобно Android, которая является полностью бесплатной, и поддерживается сообществом Free/Libre Open-Source Software и Canonical Ltd.

В одной из наших статей мы рассказывали, как вы можете .

Ubuntu имеет высокий уровень защиты от вирусов, тем не менее, это операционная система с открытым исходным кодом, поэтому вредоносные программы все же могут попасть на мобильные устройства.

Магазин приложений Ubuntu является более безопасным, чем Google Play Store. Более того, владелец мобильного устройства должен предоставить определенные разрешения перед установкой приложения.

Еще одним плюсом является тот факт, что Linux – не самая популярная платформа на сегодняшний день, поэтому у злоумышленников нет большого желания взламывать эту систему. Чтобы вы понимали ситуацию, по состоянию на октябрь 2015 года в общей сложности пострадало 15 человека от взлома.

Крупные компании, такие как Netflix, Snapchat и Dropbox, используют операционную систему Ubuntu. Если вы все еще не впечатлены, тогда, возможно, вы передумаете, узнав, что сотрудники Международной космической станции и Большого адронного коллайдера также работают на Ubuntu.

Windows Phone и Windows 10 Mobile

Microsoft держит свой магазин приложений Windows App Store на коротком поводке, так что если вы не хотите, чтобы ваш смартфон на Windows Phone был взломан, вы должны использовать только официальные сервисы для загрузки приложений. Главной особенностью приложений на Windows Phone является то, что они не взаимодействуют друг с другом, если вы не дадите такого разрешения

Особенностью новой версии операционной системы Windows 10 Mobile является шифрование устройства, которая по существу блокирует смартфон, если он утерян. Для этого используется сложная технология BitLocker. Если у вас нет ключа шифрования, ваши файлы нечитаемые. Ключ шифрования – это PIN-код, который необходимо ввести в меню Настройки> Система> Шифрование устройства.

iOS

Так же, как Google Play Store является основным хранилищем приложений для Android, App Store хранит все приложения для iOS устройств.

Операционная система iOS является закрытой. Это означает, что только компания Apple может вносить изменения и обновления в платформу. Казалось бы, это гарантирует максимальный уровень безопасности, но не совсем.

Например, около 500 миллионов пользователей китайского мессенджер приложения WeChat были жертвой взлома после выпуска модификационной версии Xcode, которая была одобрена Apple.

Многие из вас слышали про взлом учетных записей знаменитостей в сервисе iCloud. Если раньше Apple являлась гарантом безопасности, то сегодня компания не так бдительно следит за этим.

С точки зрения популярности, iOS занимает второе место после Android, поэтому не удивительно, что злоумышленники ищут дыры в безопасности операционной системы.

Среди положительных качеств iOS стоит отметить, что мобильную платформу действительно сложно взломать. Не так давно ФБР задержала террориста, после чего попросила Apple предоставить данные с его смартфона iPhone. Компания отказалась. В конце концов федеральные службы нашли хакера, который согласился взломать устройство на iOS за $ 1.3 млн. Если бы было так просто взломать iOS, они не согласились платить такую большую сумму денег, верно?

Кто же победитель?

Каждая операционная система имеет свои плюсы и минусы.

Android: Если вы будете внимательно следить за своими действиями в интернете и подозрительными ссылками, сообщениями и MMS, а также скачивать приложения только из Google Play Store, вероятно, вы никогда не узнаете про взломы и вирусы на своем Android устройстве.

Смартфоны Nexus, теперь уже Google Pixel, являются самыми безопасными устройствами на Android.

BlackBerry: Старые версии операционной системы BlackBerry действительно имели высокий уровень безопасности. Тем не менее, компания перешла на использование платформы Android для своих устройств, поэтому они подвержены такому же риску заражения, как и другие Android смартфоны.

Ubuntu: Хотя данная операционная система выглядит самой безопасной на сегодняшний день, мы не уверены, что она останется таковой, когда (и если) увеличит количество активных пользователей.

Windows Phone: То же самое можно сказать и для смартфонов на базе Windows. Когда доля рынка увеличивается, число взломов и вирусных атак становится больше. Тем не менее, на данный момент система выгляди весьма надежной.

iOS : Несмотря на ряд недавних проблем с безопасностью, Apple имеет высокий уровень доверия среди пользователей. Учитывая тот факт, что операционная система является закрытой, компания может быстро обнаружить вредоносное ПО и предпринять необходимые меры, чтобы закрыть дыру в безопасности.

Какой мы рекомендуем самый безопасный смартфон прямо сейчас? Если вы предпочитаете более старое устройство, тогда BlackBerry Priv будет хорошим вариантом. Если же вы хотите что-то поновее, стоит выбрать устройство под управлением Ubuntu.

Вы ищете самый безопасный дистрибутив Linux, который будет защищен и обеспечит надежную конфиденциальность вашей операционной системы?

Вот 15 самых безопасных дистрибутивов Linux для пользователей, связанных с конфиденциальностью и безопасностью.

Хорошо, вы, возможно, уже знаете, что операционная система является основным программным обеспечением, которое позволяет вам взаимодействовать с аппаратным и программным обеспечением вашего компьютера. Он управляет всем оборудованием и устанавливает связь с процессором и памятью.

Топ 15 самых безопасных дистрибутивов Linux

Количество пользователей Linux растет с каждым днем. Их особенность в том, что они встречаются реже, чем другие операционные системы. И все же они работают над тем, чтобы быть более техническими в ближайшие дни.

Вот список наиболее безопасных дистрибутивов Linux, которые «специально ориентированы на безопасность Linux». Это означает, что эта статья написана специально для того, чтобы сфокусироваться на Sharp Security, который больше беспокоит пользователя Linux

1. Кубес ОС | Qubes Linux

Если вы ищете самый безопасный дистрибутив Linux для вашего рабочего стола, здесь Qubes стоит на вершине. Почему? Ну, Qubes это операционная система на базе Fedora, ориентированная на безопасность настольных компьютеров. Эта ОС защитит вас, изолируя и виртуализируя различные виртуальные машины отдельно.

Предположим, вы загрузили вредоносное программное обеспечение не понимая сразу, что это за программное обеспечение? Или вы не знаете, безопасно это или нет. Не волнуйтесь, здесь Qubes OS играет свою роль. Кубы изолируют ваши другие личные файлы от вредоносных программ без ущерба для. Это круто, не правда ли? Обратите внимание: эта ОС лучше всего подходит для опытных пользователей. Поэтому, если вы новичок, вам будет сложно управлять этой системой.

2. Tails Linux

Tails один из лучших наиболее безопасных дистрибутивов Linux после ОС Parrot Security. Tails впервые выпущен в 2009 году. Эта операционная система разработана специально для персональных компьютеров. Если вы ищете ОС, которая будет защищать вас при работе в Интернете, то Tails займет первое место.

Это live CD и предустановленная операционная система с пакетом браузера Tor, использующим луковую схему. Поскольку все исходящие соединения проходят через Tor, это позволяет вам использовать Интернет анонимно, и что бы вы ни делали, оно никогда не оставляет никаких следов.

ОС Tails не использует пространство на жестком диске, она использует только необходимое пространство в вашей оперативной памяти, но оно будет удалено автоматически при завершении работы системы. Его можно использовать как живой DVD или живой USB. Будет удобнее загружаться с флешки, а не с DVD. Тем не менее, есть некоторые проблемы с этой ОС. В последнее время большинство пользователей утверждают, что при установке Tails требуется 2 USB-накопителя, что скучно.

3. Parrot Security OS

Parrot Security OS разработана FrozenBox и выпущена в 2013 году. Это программное обеспечение меняет правила игры, когда речь заходит о безопасности и конфиденциальности операционной системы компьютера. Parrot Security OS специально разработана для тестирования авторизованной симулированной атаки на вашу компьютерную систему, которая помогает оценить уязвимости вашей системы, достаточно ли она сильна или нет.

Он поставляется с полностью портативной лабораторией, которая защищает вашу систему от любых нежелательных заболеваний, работая в Интернете, просматривая что-либо, играя в игру и т. д. Опять же, если вы эксперт-криминалист, то эта операционная система лучшая...

4. Кали Линукс

Kali Linux это предустановленный дистрибутив Linux, созданный на основе Debian, специально разработанный для Pen Testing и Forensic Experts. Kali поставляется с пакетом инструментов, таких как -Aircrack-ng, Ettercap, Foremost, Wireshark Kismet, Maltigo и многими другими, которые помогают вам во многих отношениях, таких как использование сети или приложения жертвы, обнаружение сети или определение целевого IP-адреса. адрес.

Мало того, что Kali включает в себя графический инструмент для кибер-атак Armitage, который позволяет вам обедать и эксплуатировать, получать рекомендации по эксплойтам и расширенные возможности счетчика Metasploit Framework. Kali Linux считается одним из самых безопасных дистрибутивов Linux для разработчиков.

Как и Tails, эта ОС также может быть загружена как живой DVD или USB-накопитель, и ее легче использовать, чем другие доступные ОС. Независимо от того, используете ли вы 32 или 62 операционные системы, Kali Linux можно использовать в обеих. Для этой ОС требуется минимум 512 МБ ОЗУ и 10 ГБ на жестком диске.

5. Уоникс | Whonix Linux

Если вы хотите скрыть свой IP-адрес, то Whonix идеально подходит для вас. Whonix это операционная система на основе Debian, ориентированная на анонимность, конфиденциальность и безопасность. Whonix обеспечивает безопасность путем изоляции. Это операционная система, которая явно использует принцип изоляции для обеспечения безопасности, конфиденциальности и анонимности.

Эта операционная система разработана двумя основными программами. Одна рабочая станция, а другая Gateway. Шлюз действует здесь как посредник и заставляет все соединения проходить через сеть Tor. Таким образом, нет никакой возможности утечки IP-адреса, и именно таким образом ОС Whonix защищает вас.

6. Дискретный | Discreete Linux

Возможно, вы пытаетесь сохранить ваши данные в безопасности и все же найти лучший дистрибутив безопасности для вашей операционной системы Linux. Пусть ваши страхи улетят. Здесь у вас есть ОС Discreete Linux, которая называется одним из самых безопасных дистрибутивов Linux для защиты ваших ценных данных.

Эта ОС не работает с Интернетом во время работы, которая отделяет данные и криптографические ключи для защиты от ненадежной сети. Еще одна интересная вещь это то, что эта ОС является чисто живой системой, поэтому вам не нужно устанавливать ее на свой компьютер, вы можете быстро запустить ее с USB-накопителя.

7. Линукс Kodachi | Кодачи

Вы любите оставаться полностью анонимным во время серфинга в интернете Тогда Kodachi Linux один из лучших и наиболее безопасных дистрибутивов Linux, который вы хотели бы иметь. Многие пользователи говорят, что это самый безопасный дистрибутив Linux, который у них когда-либо был. Лично я никогда не проверял, хотя. Эта операционная система поставляется с Tor, VPN и DNSCrypt и может быть легко загружена с DVD или USB-накопителя.

Вы можете выбрать страну выхода из маршрута, когда будете выходить в интернет. Эта операционная система содержит множество других полезных приложений, таких как Pidgin Internet Messenger Transmission VirtualBox Geany, FileZilla и многие другие. Наконец, я должен сказать, что эта операционная система поставляется со всем, что нужно защитить пользователя.

8. BlackArch Linux

BlackArck Linux это новый дистрибутив безопасности для Linux, специально разработанный для тестирования пера и безопасности. Он предлагает огромное количество инструментов, в два раза даже больше, чем Kali Linux.

Они могут быть установлены отдельно или, если хотите, вы можете установить и в группе. Эта операционная система проста в использовании. Эта ОС достаточно легкая, поэтому вы можете запустить ее на любом оборудовании.

9. Heads ОС

Heads это бесплатный дистрибутив безопасности на основе GNU Linux. Эта ОС значительно меньше, чем другие, и ее проще управлять. Руководители используют только бесплатное программное обеспечение, что означает, что эта ОС больше ценит свободу пользователей и сообщества.

Как и другие ОС выше, Heads также использует Tor, чтобы вы могли быть анонимными во время серфинга в Интернете. Все ваши трафик по умолчанию проходят через Tor, но они дают возможность остановить его, если хотите. Руководители всегда отдают приоритет своим пользователям.

10. Подграф | Subgraph ОС

Как и Tails, Subgraph Operating System также является операционной системой на основе Debian, которая предотвращает наблюдение и вмешательство искушенных противников из Интернета. Эта ОС предназначена для всех. Его среда рабочего стола на основе GNOME невероятно удобна для пользователя.

Говоря о безопасности и конфиденциальности, этот дистрибутив безопасности предотвращает атаку с помощью интеллектуального контроля доступа; предотвращение эксплойтов на основе повреждения памяти с помощью пакета патчей (grsecurity patchset и Pax). Набор исправлений Grsecurity обеспечивает пакет безопасности, такой как защита пространства адресов, расширенный аудит и управление процессами

11. IprediaOS

Этот дистрибутив безопасности удобен для просмотра веб-страниц, отправки электронной почты, чата и обмена любыми файлами через Интернет анонимно. Все соединения проходят через программное обеспечение I2P.

В отличие от других дистрибутивов, IprediaOS поддерживает TORRENTS. Эта операционная система конкурентоспособна быстрее, чем Tor, даже если вы собираетесь использовать ее на своем старом компьютере, эта ОС будет хорошо работать и на этом.

12. PureOS

Если вы ищете удобный для пользователя дистрибутив безопасности, который позволит вам свободно изменять его. Тогда это PureOS. PureOS - это бесплатное программное обеспечение, которое предоставляет пакет безопасности, включающий поисковую систему Duck Duck Go.

Это защитит вашу конфиденциальность, избегая личных результатов поиска. Поскольку это бесплатное программное обеспечение, вы можете скачать его, ничего не покупая. Вы можете запросить его исходный код, даже если вам разрешено изменять его.

**13. Openwall GNU / * / Linux**

Openwall - это защищенная операционная система Linux на основе дистрибутива, специально разработанная для серверов и приложений. Openwall обеспечивает безопасность за счет уменьшения недостатков в его программных компонентах с помощью патча Openwall (наиболее известного как (не exec stack patch). Это бесплатная серверная платформа, предназначенная для этого.

14. Alpine Linux

Alpine Linux является самым безопасным дистрибутивом Linux на базе mus libc и BusyBox. Он настолько легкий, что вы можете подумать. Размер его базовой системы составляет около 5 МБ, что меньше, чем у других систем, доступных там. И именно поэтому этот дистрибутив Linux так популярен.

Другой компонент BusyBox включает в себя множество инструментов, и очень немногие из них - это bunzip2, bzip2, less, lzma, unlzma, vi, wget. Эти инструменты находятся в базовом образе Alpine, которого нет в базовом образе Debian. Это менеджер приложений APK намного быстрее, чем другие и очень прост в использовании.

15. Контейнер | Container Linux (ранее CoreOS)

Если вы любите работать на разных машинах и обновлять машины без простоев, то Container Linux (ранее CoreOS) станет вашим дистрибутивом Linux. Контейнер Linux - это легкий дистрибутив Linux , предназначенный для кластеров и серверов. Этот дистрибутив безопасности становится популярным в наши дни, потому что его легко развертывать, управлять и запускать контейнеры. Ранее CoreOS поддерживал только платформу Dockers, но в последнее время он поддерживает rkt (Rocket) в качестве альтернативы Docker. Это программное обеспечение обновляется автоматически при необходимости обновления, что повышает безопасность.

Оставаться анонимным в интернете, это не всегда одно и то же что и безопасный веб-серфинг. Важно держать максимум технической информации о вашем устройстве в безопасности от посторонних глаз, чтобы злоумышленники не смогли воспользоваться уязвимостями вашей системы и украсть ваши конфиденциальные данные и использовать их в своих целях, которые могут принести серьезные последствия.

Если вы хотите остаться анонимным в сети и защитить свои данные, в этой статье мы рассмотрим самые безопасные дистрибутивы linux, которые помогут вам в этом.

Большинство из инструментов, перечисленных в этой статье можно использовать полностью бесплатно. Кроме них, есть и платные варианты, например, VPN, но эти бесплатные инструменты справляются со своей задачей гораздо лучше. Необходимость безопасности в интернете постоянно растет, всегда есть риск кибератаки и прослушивания со стороны спецслужб. Не удивительно, что сразу же было создано несколько дистрибутивов, объединяющих в себе инструменты, обеспечивающие максимальную анонимность в сети.

Эти дистрибутивы изначально были ориентированы на узких специалистов, но в последнее время они набрали большую популярность. В связи со спросом на такие системы со стороны пользователей они постоянно развиваются и добавляются новые, возможно, сейчас их существует больше двадцати, но мы рассмотрим только лучшие безопасные linux дистрибутивы.

Большинство из них используют для обеспечения анонимности программное обеспечение Tor, которое обеспечивает действительно высокий уровень анонимности, в отличие от VPN провайдеров, которые все еще знают ваш реальный IP адрес.

Но у VPN и сейчас есть множество преимуществ, что делает его лучшим вариантом в некоторых случаях. Если для вас важна скорость соединения или вы собираетесь передавать файлы по P2P, тут выиграет VPN.

Прежде чем рассматривать самые безопасные linux дистрибутивы, давайте поговорим о том, как обеспечивается анонимность Tor. Tor или The Onion Router это стандартный протокол шифрования, разработанный в ВМС США.

Программное обеспечение Tor работает с несколькими узлами, это и обеспечивает высокую надежность и анонимность. Данные при прохождении через случайный узел каждый раз перешифровываются и становятся полностью расшифрованными только на последнем узле. Разработчики Tor также отвечают за создание дистрибутива Tails, который рекомендует использовать Эдвард Сноуден.

Теперь вернемся к VPN. Обычно, это платные сервисы, найти хороший, бесплатный VPN очень сложно. Качество обслуживания VPN зависит от провайдера, но как правило, скорость работы серверов VPN намного быстрее, чем Tor.

1. Tails - анонимный LiveCD

Если вы хотите остаться неизвестным в интернете, Tails - отличный выбор. Его основная цель - следить, чтобы вы не оставили никаких цифровых следов во время веб-серфинга. Это один из наиболее часто используемых для обеспечения анонимности дистрибутивов, и единственный, где все интернет-соединения направляются через Tor.

Обычно Tails устанавливается на флешку, все данные хранятся в оперативной памяти, а после завершения работы стираются. Операционная система основана на Debian и поставляется с большим набором инструментов с открытым исходным кодом специально разработанных для обеспечения конфиденциальности. Здесь поддерживается подмена MAC адреса и камуфляж Windows, когда система выглядит очень похожей на Windows 8.

Tails использует устаревшую версию Gnome, которая выглядит некрасиво и минималистично без возможности дополнительной настройки и улучшения, поскольку файлы между сессиями не сохраняются. Возможно, для многих это неважно, ведь Tails выполняет свою работу. У дистрибутива есть отличная документация и вы можете прочитать ее на официальном сайте.

2. JonDo Live-DVD

JonDo Live-DVD - это коммерческое решение для анонимности в сети. Оно работает похожим образом на Tor, ваши данные тоже передаются через ряд смешанных серверов JonDonym. На каждом узле данные перешифровываются. Это отличная альтернатива для Tails, особенно если вы ищете что-то с менее ограниченным пользовательским интерфейсом.

Как и Tails, дистрибутив основан на Debian, а также включает в себя набор инструментов для обеспечения анонимности и наиболее часто используемые приложения.

JonDo Live-DVD это платный сервис, для коммерческого использования. Он ориентирован на использование в фирмах, а также быстрее чем Tails и тоже не поддерживает сохранение файлов.

Если вам нужно что-то совершенно другое, вам будет интересен Whonix. Здесь используется совсем другой подход. Это не LiveCD. Whonix работает в виртуальной машине VirtualBox, система изолирована от вашей основной системы, тем самым уменьшается риск подхватить вирусы или засветить свои данные в сети.

Whonix состоит из двух частей. Whonix Gatway выступает в качестве шлюза Tor, вторая - Whonix Workstation является полностью изолированной от сети и направляет все свои сетевые соединения через шлюз Tor.

Таким образом, здесь необходимо использовать две виртуальные машины, что может создать определенные проблемы, если у вас слабое оборудование. Но тем не менее она работает. Правда, это не самый безопасный дистрибутив Linux, как Live CD, поскольку там не сохраняются данные на жестком диске.

Whonix основан на Debian, но в качестве окружения рабочего стола используется KDE. Операционная система не подходит для повседневного использования и вы можете ее использовать только на виртуальной машине.

4. Qubes OS

Это еще один дистрибутив для обеспечения анонимности рекомендуемый Сноуденом. Qubes пытается исправить недостатки всех предыдущих дистрибутивов с недостаточно красивым и настраиваемым пользовательским интерфейсом. Это дистрибутив для повседневного использования, совмещающий в себе мощь Tor и Whonix.

Здесь совсем иной подход к анонимности. Идея Qubes - безопасность путем разделения. Это значит, что ваша цифровая жизнь будет разделена между изолированными виртуальными машинами. Любое приложение запускается в отдельной виртуальной среде.

Нужно отметить, что Qubes поставляется по умолчанию с флагманским ноутбуком от Purism. Этот ноутбук считается самым безопасным устройством для пользователей. И это правда, учитывая мощное программное обеспечения этого дистрибутива.

Если вам нужен удобный дистрибутив для повседневного использования со всей стандартной функциональностью и привычными приложениями, Qubes OS может стать отличным выбором. В отличие от выше перечисленных он может быть установлен на жесткий диск.

5. UPR (Ubuntu Privacy Remix)

UPR, это еще один устанавливаемый дистрибутив, ориентированный на безопасность. Он удобен для пользователей и обеспечивает изолированную среду, в которой конфиденциальные данные могут быть в безопасности.

Уже судя по имени, можно сказать, что он основан на Ubuntu. Дистрибутив предлагает безопасный серфинг в интернете и использование шифрованных флешек, для эффективной защиты ваших данных от несанкционированного доступа. Дистрибутив поставляется с предустановленными инструментами для шифрования, такими как GnuPG и TrueCrypt. UPR предназначен только для безопасного серфинга в интернете, а не для анонимности. Он отлично подойдет, если вы хотите установить систему на свой компьютер, а не использовать LiveCD. Если нужна еще и анонимность можно установить Tor или подключить VPN.

Выводы

Учитывая что Tails самый распространенный из всех упомянутых в этой статье, то можно решить что он самый безопасный. Но другие дистрибутивы тоже отлично служат своей цели. Так что тут все упирается только в личные предпочтения.

Когда последний раз ваш телевизор внезапно отключался или требовал, чтобы вы срочно загрузили из Web какую-нибудь программную заплатку, исправляющую критическую ошибку? В конце концов, если у вас не совсем уж древний телевизор, то, по сути, он тот же компьютер - с центральным процессором, большим монитором, какой-то аналоговой электроникой для декодирования радиосигналов, парочкой специальных устройств ввода/вывода (пульт, встроенный дисковод для кассет или DVD-дисков) и с программным обеспечением, прописанным в оперативной памяти. Этот риторический вопрос возвращает нас к одной неприятной проблеме, о которой так не любят говорить в компьютерной индустрии. Почему телевизоры, DVD-проигрыватели, MP3-плейеры, сотовые телефоны и другие электронные устройства с программным обеспечением вполне надежны и хорошо защищены, а компьютеры - нет? Конечно, тому есть немало «объяснений»: компьютеры - это гибкие системы, пользователи могут менять программное обеспечение, отрасль информационных технологий еще недостаточно развита и так далее. Но, поскольку мы живем в эпоху, когда подавляющее большинство компьютерных пользователей мало сведущи в технических вопросах, то подобные «объяснения» им не кажутся убедительными.

Чего потребитель ждет от компьютера? Того же самого, что и от телевизора. Вы его покупаете, подключаете, и он прекрасно работает следующие десять лет. ИТ-специалистам следует принять во внимание эти ожидания и сделать компьютеры такими же надежными и защищенными, как телевизоры.

Самой слабым местом в плане надежности и защиты остается операционная система. Несмотря на то, что прикладные программы содержат немало дефектов, если бы операционная система была безошибочной, то некорректность прикладных программ не имела бы столь серьезных последствий, как сейчас, поэтому мы остановимся в данной статье именно на операционных системах.

Но прежде, чем перейти к деталям, несколько слов о связи между надежностью и защитой. Проблемы, возникающие в каждой из этих сфер, зачастую имеют общие корни: ошибки в программном обеспечении. Ошибка переполнения буфера может вызвать сбой в системе (проблема надежности), но она также позволяет хитроумно написанному вирусу проникнуть на компьютер (проблема защиты). Несмотря на то, что в данной статье мы, прежде всего, будем говорить о надежности, следует иметь в виду, что увеличение надежности может привести к усилению защиты.

Почему системы ненадежны?

Современные операционные системы имеют две особенности, из-за которых они теряют как в надежности, так и в защищенности. Во-первых, эти ОС огромны по размеру, а, во-вторых, в них очень плохо обеспечена изоляция ошибок. Ядро Linux имеет свыше 2,5 млн. строк кода, а ядро Windows XP как минимум в два раза больше.

Одно из исследований, посвященных изучению надежности программного обеспечения, показало, что программы содержат от 6 до 16 ошибок на каждые 1000 строк исполняемого кода. Согласно результатам другого исследования, частота ошибок в программах находится в пределах от 2 до 75 на каждые 1000 строк исполняемого кода , в зависимости от размера модуля. Даже если исходить из самой скромной оценки (6 ошибок на 1000 строк кода), ядро Linux, по всей видимости, содержит примерно 15 тыс. ошибок; Windows XP - как минимум в два раза больше.

Хуже того, как правило, около 70% операционной системы составляют драйверы устройств, уровень ошибок в которых в три-семь раз выше, чем в обычном коде , поэтому приведенная выше оценка числа ошибок в ОС, скорее всего, сильно занижена. Понятно, что найти и исправить все эти ошибки просто невозможно. Более того, при исправлении одних ошибок зачастую вносятся новые.

Из-за огромного размера современных операционных систем никто в одиночку не может знать их досконально. Действительно, крайне трудно создать хорошую систему, если никто в действительности ее себе полностью не представляет.

Этот факт приводит нас ко второй проблеме: изоляции ошибок. Ни один человек в мире не знает все о том, как функционирует авианосец, но подсистемы авианосца хорошо изолированы друг от друга, и его засорившийся туалет никак не повлияет на работу подсистемы запуска ракет.

Операционные системы не имеют такого рода изоляции между компонентами. Современная операционная система содержит сотни или даже тысячи процедур, объединенных друг с другом в одну бинарную программу, работающую в режиме ядра. Каждая из миллионов строк кода ядра может переписать основные структуры данных, которые используют не связанные с этим кодом компоненты, что приводит к сбою системы, выяснить причины которого крайне сложно. Кроме того, если вирус инфицировал одну процедуру ядра, невозможно предотвратить его стремительное распространение на другие процедуры и заражение всей машины целиком.

Вернемся к аналогии с кораблем. Корпус современного судна разделен на множество отсеков. Если в одном из отсеков возникает течь, то затапливается только он, а не весь трюм. Современные операционные системы подобны кораблям, существовавшим до изобретения переборок: корабль может потопить любая пробоина.

К счастью, ситуация не столь бесперспективна. Разработчики стремятся создать более надежные операционные системы. Существует четыре различных подхода, которые применяются для того, чтобы в будущем сделать ОС более надежными и защищенными. Мы изложим их в нашей статье в «возрастающем» порядке, от менее радикальных к более радикальным.

Укрепленные операционные системы

Самый консервативный подход, Nooks , был разработан для того, чтобы увеличить надежность существующих операционных систем, таких как Windows и Linux. Технология Nooks поддерживает монолитную структуру ядра, в которой сотни или тысячи процедур связаны вместе в одном адресном пространстве и работают в режиме ядра. Этот подход сосредоточен на том, чтобы сделать драйверы устройств (основная причина всех проблем) менее опасными.

В частности, как показывает рис. 1, Nooks защищает ядро от некорректных драйверов устройств за счет того, что каждый драйвер заключается в оболочку и размещается на уровне защищенного программного обеспечения, который формирует домен упрощенной защиты. Такую технологию иногда называют «песочницей». Оболочка вокруг каждого драйвера тщательно отслеживает все взаимодействия между драйвером и ядром. Кроме того, данная технология может использоваться для других расширений ядра, таких как загружаемые операционные системы, но для простоты мы будем говорить о ней только применительно к драйверам.

Цели проекта Nooks заключаются в следующем:

защитить ядра от ошибок в драйверах;
обеспечить автоматическое восстановление в случае сбоя в драйвере;
сделать все это путем минимальных изменений в существующих драйверах и ядре.

Защита ядра от некорректных драйверов - не главная цель. Впервые технология Nooks была реализована на Linux, но эти идеи в равной степени применимы к другим унаследованным ядрам.

Изоляция

Основное средство, позволяющее уберечь структуры данных ядра от уничтожения некорректными драйверами - это карта страниц виртуальной памяти. При работе драйвера все внешние для него страницы переводятся в режим «открыты только для чтения», благодаря чему создается отдельный домен упрощенной защиты для каждого драйвера. Таким образом, драйвер может читать структуры данных ядра, которые ему необходимы, но любая попытка напрямую изменить структуры данных ядра вызовет исключение центрального процессора, которое перехватывает менеджер изоляции Nooks. Доступ к частной памяти драйвера, где хранятся стеки, куча, структуры частных данных и копии объектов ядра, разрешен на чтение и на запись.

Посредничество

Каждый класс драйверов экспортирует набор функций, которые может вызвать ядро. Например, аудиодрайверы могут предоставить вызов для записи блока образцов звучания на звуковую карту, другой - для регулирования громкости и так далее. Когда драйвер загружен, заполняется массив указателей на функции драйвера, благодаря чему ядро может найти любую из них. Кроме того, драйвер импортирует набор функций, предоставляемых ядром, например, для резервирования буфера данных.

Nooks предоставляет оболочки как для экспортируемых, так и для импортируемых функций. Теперь, когда ядро вызывает функцию драйвера или драйвер вызывает функцию ядра, вызов на самом деле направляется оболочке, которая проверяет корректность параметров и управляет вызовом. Несмотря на то, что суррогаты (stubs) оболочки (на рис. 1 они изображаются как линии, указывающие как внутрь, так и наружу драйвера) генерируются автоматически на основе прототипов функций, тело оболочки разработчикам приходится писать вручную. В целом группа Nooks написала 455 оболочек: 329 для функций, которые ядро экспортирует, и 126 - для функций, которые экспортируют драйверы устройств.

Когда драйвер пытается модифицировать объект ядра, его оболочка копирует объект в домен защиты драйвера, то есть в его частные страницы, открытые для чтения и записи. Затем драйвер меняет копию. Если запрос был выполнен успешно, менеджер изоляции копирует модифицированные объекты обратно в ядро. Таким образом, сбой в работе драйвера или ошибка во время вызова всегда оставляют объекты ядра в корректном состоянии. Операции контроля за импортируемыми объектами специфические для каждого объекта, в силу чего группе Nooks пришлось вручную писать код для контроля 43 классов объектов, которые используют драйверы Linux.

Восстановление

В случае сбоя в режиме пользователя запускается агент восстановления, который обращается к базе данных конфигурации для того, чтобы выяснить, что нужно делать. Во многих случаях освобождения всех занятых ресурсов и перезапуска драйвера оказывается достаточно, поскольку самые распространенные алгоритмические ошибки, как правило, находят при тестировании, и в коде в основном остаются ошибки синхронизации и специфические дефекты.

Эта технология позволяет восстановить систему, но работавшие в момент сбоя приложения могут оказаться в некорректном состоянии. В результате работы группа Nooks добавила концепцию дублирующих драйверов (shadow driver) для того, чтобы приложения могли выполняться корректно даже после сбоя драйвера.

Одним словом, во время нормальной работы дублирующий драйвер регистрирует взаимодействия между каждым драйвером и ядром, если это взаимодействие может потребоваться для восстановления. После перезапуска драйвера дублирующий драйвер передает перезапущенному драйверу все данные из журнала регистрации, например, повторяя вызов системы управления вводом/выводом (IOCTL) для того, чтобы установить параметры, такие как громкость звука. Ядру ничего не известно о процессе возвращения драйвера в то состояние, в котором находился старый драйвер. Как только этот процесс завершается, драйвер начинает обрабатывать новые запросы.

Ограничения

Несмотря на то, что, согласно экспериментам, Nooks может обнаруживать 99% фатальных ошибок драйвера и 55% не фатальных, он далеко не совершенен. Например, драйверы могут выполнять привилегированные команды, которые они выполнять не должны; они могут записывать данные в некорректные порты ввода/вывода и выполнять бесконечные циклы. Более того, группе Nooks большое количество оболочек пришлось написать вручную, и эти оболочки могут содержать ошибки. Наконец, при данном подходе невозможно запретить драйверам записывать данные в любое место памяти. Тем не менее это потенциально весьма полезный шаг к повышению надежности унаследованных ядер.

Паравиртуальные машины

Второй подход создан на основе концепции виртуальной машины. Эта концепция была разработана в конце 60-х годов. Идея заключается в том, чтобы использовать специальную управляющую программу, называемую монитором виртуальной машины, которая работает непосредственно с аппаратным обеспечением, а не с операционной системой. Виртуальная машина создает несколько экземпляров реальной машины. Каждый экземпляр может поддерживать работу любой программы, которая способна выполняться на данном аппаратном обеспечении.

Этот метод часто применяется для того, чтобы две или несколько операционных систем, скажем, Linux и Windows, могли работать на одной и той же машине одновременно, причем так, что каждая из ОС считает, что в ее распоряжении находится вся машина. Использование виртуальных машин имеет заслуженную репутацию средства, обеспечивающего хорошую изоляцию ошибок. В конце концов, если ни одна из виртуальных машин не подозревает о существовании других, проблемы, возникающие на одной машине, никак не могут распространиться на другие.

Была предпринята попытка адаптировать данную концепцию для организации защиты в одной операционной системе, а не между различными ОС . Более того, поскольку Pentium не полностью поддерживает виртуализацию, пришлось отступить от принципа запускать в виртуальной машине операционную систему без каких-либо ее изменений. Эта уступка позволяет вносить изменения в операционную систему для того, чтобы гарантировать, что она не может делать ничего, что невозможно виртуализировать. Для того чтобы данную технологию отличать от истинной виртуализации, ее называют паравиртуализацией .

В частности, в 90-х годах группа разработчиков из университета Карлсруэ создала микроядро L4 . Они смогли запустить слегка модифицированную версию Linux (L4Linux) на L4 в режиме, который можно называть видом виртуальной машины . Позже разработчики выяснили, что вместо того чтобы запускать только одну копию Linux на L4, они могут запускать несколько копий. Как показано на рис. 2 , эта мысль привела к идее использования одной из виртуальных машин Linux для работы прикладных программ, а другой или нескольких - для работы драйверов устройств.

Если драйверы устройств работают в одной или в нескольких виртуальных машинах, изолированных от основной виртуальной машины, где работает остальная операционная система и прикладные программы, то в случае сбоя в драйвере выходит из строя только его виртуальная машина, а не основная. Дополнительное преимущество такого подхода заключается в том, что драйверы устройств не нужно модифицировать, поскольку они видят обычную среду ядра Linux. Конечно, само ядро Linux придется менять для того, чтобы оно поддерживало паравиртуализацию, но это однократное изменение. Кроме того, нет необходимости повторять эту процедуру для каждого драйвера устройства.

Поскольку драйверы устройств работают на аппаратном обеспечении в режиме пользователя, основной вопрос заключается в том, как они будут выполнять ввод/вывод и обрабатывать прерывания. Физический ввод/вывод поддерживается за счет добавления примерно 3 тыс. строк кода к ядру Linux, на котором работают драйверы, благодаря чему драйверы могли использовать сервисы L4 для ввода/вывода вместо того, чтобы делать это самостоятельно. Дополнительные 5 тыс. строк кода поддерживают взаимодействия между тремя изолированными драйверами (диска, сети и шины PCI) и виртуальной машиной, в которой выполняются прикладные программы.

В принципе, этот подход должен обеспечить более высокую надежность, чем единая операционная система, поскольку в том случае, если в виртуальной машине, содержащей один или несколько драйверов, возникает сбой, то виртуальную машину можно перезапустить - и драйверы вернутся в свое исходное состояние. В отличие от Nooks при данном подходе не предпринимается никаких попыток вернуть драйверы в предыдущее состояние (то состояние, в котором они находились до того, как возник сбой). Таким образом, если аудиодрайвер выйдет из строя, он будет восстановлен со значением уровня звука по умолчанию, а не с тем, что было до того, как возник сбой.

Параметры производительности показывают, что накладные расходы при использовании паравиртуализованных машин составляют около 3-8%.

Мультисерверные операционные системы

Первые два подхода предусматривают модификацию унаследованных систем. Следующие два посвящены будущим системам.

Один из этих подходов напрямую касается сути проблемы: работы всей операционной системы как единой гигантской бинарной программы в режиме ядра. Вместо этого в данном случае предлагается иметь несколько небольших микроядер, работающих в режиме ядра, в то время как остальная часть операционной системы представляет собой набор полностью изолированных сервера и процессов драйвера, работающих в режиме пользователя. Эта идея была предложена 20 лет назад, но тогда она так и не была полностью воплощена из-за более низкой производительности мультисерверной ОС по сравнению с монолитным ядром. В 80-х годах производительность считалась самым важным показателем, а о надежности и защите даже не задумывались. Конечно, в свое время инженеры самолетов не задумывались о расходе топлива или о создании дверей кабины, способной выдерживать вооруженное нападение. Времена меняются, и представление людей о том, что действительно важно, меняются тоже.

Мультисерверная архитектура

Для того чтобы лучше понять, в чем состоит идея мультисерверной операционной системы, обратимся к современному примеру. Как показано на рис. 3 , в Minix 3, микроядро обрабатывает прерывания, предоставляет базовые механизмы для управления процессами, реализует взаимодействия между процессами и выполняет планирование процессов. Оно также предоставляет небольшой набор вызовов ядра для авторизованных драйверов и серверов, такие как чтение избранной части адресного пространства конкретного пользователя или запись в авторизованные порты ввода/вывода. Драйвер часов использует то же адресное пространство, что и микроядро, но он планируется как отдельный процесс. Ни один другой драйвер в режиме ядра не работает.

Над микроядром находится уровень драйверов устройств . Каждое устройство ввода/вывода имеет свой собственный драйвер, который функционирует как отдельный процесс в своем собственном частном адресном пространстве, защищенном с помощью аппаратного модуля управления памятью (MMU). Этот уровень включает в себя процессы драйверов для диска, терминала (клавиатуры и дисплея), Ethernet, принтера, аудио и так далее. Эти драйверы работают в режиме пользователя и не могут выполнять привилегированные команды или операции чтения и записи на портах ввода/вывода компьютера. Для того чтобы получить эти сервисы, драйверы должны обратиться к ядру. Хотя такая архитектура увеличивает накладные расходы, она значительно повышает надежность.

Над уровнем драйверов устройств находится уровень сервера. Сервер файлов представляет собой программу (4,5 тыс. строк исполняемого кода), которая принимает запросы от пользовательских процессов на системные вызовы Posix, касающиеся файлов, таких как, read, write, lseek и stat, и выполняет их. Кроме того, на этом уровне расположен менеджер процессов, который управляет процессами и памятью и выполняет вызовы Posix и другие системные вызовы, такие как fork, exec и brk.

Несколько необычной особенностью является сервер реинкарнации, который играет роль родительского процесса для всех остальных серверов и всех драйверов. Если в драйвере или в сервере возникает сбой, они завершают свою работу или не отвечают на периодически посылаемые команды ping, сервер реинкарнации удаляет эти процессы, если необходимо, а затем перезапускает их с копии на диске или из оперативной памяти. Таким образом можно перезапустить драйверы, но сейчас из серверов можно перезапустить только те, внутреннее состояние которых ограничено.

К числу других серверов относятся сетевой сервер, который содержит: полный стек TCP/IP; хранилище данных, простой сервер имен, который используют другие серверы; информационный сервер, который используется при отладке. Наконец, над серверным уровнем расположены пользовательские процессы. Единственное отличие между этой и другими системами Unix заключается в том, что библиотечные процедуры для чтения, записи и других системных вызовов выполняется посредством посылки сообщений серверам. За исключением данного отличия (скрытого в системных библиотеках) это обычные пользовательские процессы, которые могут использовать POSIX API.

Взаимодействия между процессами

Поскольку именно механизм взаимодействия между процессами (Interprocess Communication, IPC) позволяет всем процессам работать вместе, он критически важен в мультисерверной операционной системе. Однако так как все серверы и драйверы в Minix 3 выполняются как физически изолированные процессы, они не могут напрямую вызывать функции друг друга или совместно использовать структуры данных. Вместо этого Minix 3 поддерживает IPC за счет передачи сообщений фиксированной длины на так называемом принципе рандеву (когда и отправитель, и получатель готовы к обмену, система копирует сообщение непосредственно от отправителя к получателю). Кроме того, имеется механизм асинхронных уведомлений о событиях. События, которые не могут быть реализованы, в таблице процессов помечаются как отложенные.

Minix 3 элегантно объединяет прерывания с системой передачи сообщений. Обработчики прерываний используют механизм уведомлений для сигнализации о завершении ввода/вывода. Этот механизм позволяет обработчику устанавливать бит в битовой карте «отложенных прерываний», а затем продолжать работу без блокировки. Когда драйвер готов к получению прерывания, ядро преобразует его в обычное сообщение.

Характеристики надежности

Причин высокой надежности Minix 3 несколько. Во-первых, в ядре выполняется код размером не более 4 тыс. строк, поэтому, исходя из скромной оценки 6 ошибок на 1000 строк, общее число ошибок в ядре, скорее всего, около 24. Сравните это число с 15 тыс. ошибок в Linux и намного большим их количеством в Windows. Поскольку все драйверы устройств, за исключением часов, - это пользовательские процессы, никакой посторонний код никогда не будет работать в режиме ядра. Кроме того, небольшой размер ядра позволяет более эффективно проверить его корректность либо вручную, либо с помощью формальных методов.

Архитектура IPC в Minix 3 не требует поддержки очередей или буферизации сообщений, что избавляет от необходимости управления буфером в ядре. Более того, поскольку IPC - это мощная конструкция, IPC-возможности каждого сервера и драйвера строго ограничены. Для каждого процесса строго определены используемые примитивы IPC, доступные адресаты и уведомления о пользовательских событиях. Пользовательские процессы, например, могут взаимодействовать только по принципу рандеву или посылать сообщения только серверам Posix.

Кроме того, все структуры данных ядра являются статичными. Все эти особенности значительно упрощают код и избавляют от ошибок ядра, связанных с переполнением буфера, утечкой памяти, несвоевременными прерываниями, ненадежным кодом ядра и так далее. Конечно, перевод большей части операционной системы в режим пользователя не избавляет от неизбежных ошибок в драйверах и серверах, но делает их значительно менее опасными. Из-за ошибки ядро может уничтожить критически важные структуры ядра, записать мусор на диск и так далее. Ошибка в большинстве драйверов и серверов не может нанести значительного ущерба, поскольку эти процессы четко разделены и операции, которые они могут выполнять, строго ограничены.

Драйверы и серверы в режиме пользователя не могут работать с привилегиями суперпользователя. Они не могут получать доступ к областям памяти, находящимся за пределами их собственных адресных пространств, за исключением вызовов ядра (проверку корректности которых выполняет ядро). Более того, битовые карты и диапазоны внутри таблицы процессов ядра управляют набором допустимых вызовов ядра, возможностей IPC и допустимых портов ввода/вывода для каждого процесса в отдельности. Например, ядро может не допустить, чтобы драйвер принтера записывал информацию в пользовательские адресные пространства, обращался к портам ввода/вывода диска или посылал сообщения аудиодрайверу. В традиционных монолитных системах любой драйвер может делать что угодно.

Еще одна причина надежности - использование отдельных пространств команд и данных. Если следствием ошибки или действия вируса станет ошибка переполнения буфера драйвера или сервера и запись постороннего кода в пространство данных, инфицированный код нельзя будет выполнить за счет передачи ему управления или с помощью процедуры, указывающей на него, поскольку ядро не будет выполнять код, если он не находится в пространстве команд процесса, открытом только на чтение.

К числу других специфических особенностей, обеспечивающих более высокую надежность, самым важным является свойство самовосстановления. Если драйвер пытается сохранить данные по некорректному указателю, входит в бесконечный цикл или пытается выполнить другие некорректные операции, сервер реинкарнации автоматически заменит этот драйвер, причем, как правило, в этом случае не будут затронуты другие выполняемые процессы.

Несмотря на то, что перезапуск логически некорректного драйвера не устранит ошибку, на практике некорректная синхронизация и аналогичные ошибки вызывают множество проблем, и перезапуск драйвера часто дает возможность привести систему в корректное состояние.

Параметры производительности

В течение десятилетий разработчики критиковали мультисерверные архитектуры, базирующиеся на принципе микроядер, за их более низкую по сравнению с монолитными архитектурами производительность. Однако различные проекты подтверждают, что модульная архитектура на самом деле может обеспечивать сравнимую производительность. Несмотря на тот факт, что Minix 3 не была оптимизирована по производительности, система работает достаточно быстро. Потери производительности, которые возникают из-за того, что драйверы работают в режиме пользователя, по сравнению с драйверами в режиме ядра составляют менее 10%, и система может создаваться, в том числе ядро, общие драйверы и все серверы (112 компиляций и 11 ссылок), менее чем за 6 с на машине с процессором Athlon/2,2 ГГц.

Тот факт, что мультисерверные архитектуры позволяют поддерживать достаточно надежную Unix-подобную среду при весьма небольших потерях производительности, делает такой подход практически приемлемым. Minix 3 для Pentium можно загрузить бесплатно на условиях лицензии Berkeley с сайта www.minix3.org . Сейчас разрабатываются версии для других архитектур и встроенных систем.

Защита на базе языка

Самый радикальный подход, что весьма неожиданно, предложили в Microsoft Research, отказавшись от операционной системы как единой программы, выполняющейся в режиме ядра, и некоторого набора пользовательских процессов, функционирующих в режиме пользователя. Вместо этого предлагается система, написанная на совершенно новых, обеспечивающих безопасность типов языках, которые избавлены от всех проблем с указателями и других ошибок, связанных с Си и C++. Как и предыдущие два подхода, этот подход был предложен несколько десятилетий назад и был реализован в компьютере Burroughs B5000. Тогда существовал только язык Алгол, и защита поддерживалась не с помощью MMU (которого вообще не было в машине), а благодаря тому, что компилятор Алгол просто не генерировал «опасный» код. Подход, предложенный Microsoft Research, адаптирует эту идею к условиям XXI века.

Общее описание

Эта система, получившая название Singularity, практически полностью написана на Sing#, новом языке, гарантирующим безопасность типов. Этот язык основан на C#, но дополнен примитивами передачи сообщений, семантика которых определяется формальными, описанными средствами языка контрактами. Поскольку язык жестко ограничивает системные и пользовательские процессы, все процессы могут работать вместе в едином виртуальном адресном пространстве. Это увеличивает как безопасность (поскольку компилятор не позволит одному процессу менять данные другого процесса), так и эффективность (поскольку это избавляет от перехватов вызовов ядра (kernel trap) и переключений контекста.

Более того, архитектура Singularity является гибкой, поскольку каждый процесс - это замкнутая сущность и поэтому она может иметь свой собственный код, структуры данных, структуру памяти, систему времени исполнения, библиотеки и сборщик мусора. MMU поддерживается, но он только распределяет страницы, а не устанавливает отдельный защищенный домен для каждого процесса.

Основной принцип архитектуры Singularity состоит в том, чтобы запретить динамические расширения процессов. Кроме того, эта архитектура не поддерживает загружаемые модули, такие как драйверы устройств и подключаемые элементы браузера, поскольку они могли бы внести посторонний и непроверенный код, который может повредить родительскому процессу. Вместо этого такие расширения должны работать как отдельные процессы, полностью изолированные и взаимодействующие с помощью стандартного механизма IPC.

Микроядро

Операционная система Singularity состоит из процесса микроядра и набора пользовательских процессов, которые обычно работают в общем виртуальном адресном пространстве. Микроядро контролирует доступ к аппаратному обеспечению, резервирует и освобождает память, создает, закрывает и планирует цепочки, поддерживает синхронизацию цепочек с помощью семафоров, поддерживает синхронизацию между процессами с помощью каналов, контролирует ввод/вывод. Каждый драйвер устройств работает как отдельный процесс.

Хотя большая часть микроядра написана на Sing#, отдельные компоненты созданы на C#, C++ или assembler и должны быть надежными, поскольку проверить их корректность невозможно. К надежному коду относятся уровень аппаратной абстракции и сборщик мусора. Уровень аппаратной абстракции скрывает низкоуровневое аппаратное обеспечение от системы, инкапсулируя такие концепции, как порты ввода/вывода, линии запросов на прерывания, каналы прямого доступа к памяти и таймеры для того, чтобы предоставить остальной части операционной системы интероперабельные абстракции.

Взаимодействие между процессами

Пользовательские процессы получают системные сервисы, посылая строго типизированные сообщения микроядру по двунаправленным каналам точка-точка. Фактически эти каналы используются для всех взаимодействий между процессами. В отличие от других систем передачи сообщений, имеющих библиотеку с функциями send и receive, Sing# полностью поддерживает каналы на уровне языка, в том числе формальные спецификации типизации и протоколов. Для того чтобы прояснить это, рассмотрим спецификацию канала.

contract C1 {

In message Request(int x) requires x > 0;

Out message Reply(int y);

Out message Error();

Request? -> Pending;

State Pending: one {

Reply! -> Start;

Error! -> Stopped;

State Stopped: ;

Этот контракт утверждает, что канал принимает три сообщения: Request, Reply и Error. Первый имеет в качестве параметра положительное целое, второй - целое, а третий параметров не имеет. Когда для доступа к серверу используется канал, сообщения Request передаются от клиента к серверу, а другие два сообщения пересылаются иным путем. Машина состояний описывает протокол для канала.

В состоянии Start клиент посылает сообщение Request, переводя канал в состояние Pending. Сервер может в ответ послать либо сообщение Reply, либо сообщение Error. Сообщение Reply переводит канал обратно в состояние Start, в котором взаимодействие может продолжаться. Сообщение Error переводит канал в состояние Stopped, завершая взаимодействие по каналу.

Куча

Если все данные, такие как блоки файлов, считываемые с диска, должны передаваться по каналам, система будет работать очень медленно, поэтому делается исключение из основного правила о том, что данные каждого процесса полностью частные и внутренние для этого процесса. Singularity поддерживает разделяемую кучу объектов, но каждый экземпляр каждого объекта в куче принадлежит одному процессу. Однако владение объектом можно передавать по каналу.

В качестве примера работы кучи рассмотрим ввод/вывод. Когда драйвер диска считывает блок данных, он помещает этот блок в кучу. Затем система передает дескриптор этого блока пользователю, запросившему данные, придерживаясь принципа «единственного владельца», но позволяя передавать данные с диска пользователю без создания дополнительных копий.

Файловая система

Singularity поддерживает единое иерархическое пространство имен для всех сервисов. Корневой сервер имен использует вершину дерева, но другие серверы имен могут монтироваться на своих собственных узлах. В частности, файловая система, которая представляет собой всего лишь процесс, монтируется на /fs, поэтому, например, имя /fs/users/linda/foo может быть файлом пользователя. Файлы реализуются как B-деревья, в которых номера блоков служат ключами. Когда пользовательский процесс запрашивает файл, файловая система отдает драйверу диска команду поместить запрашиваемые блоки в кучу. Владение затем передается так, как описано выше.

Проверка

Каждый компонент системы имеет метаданные, описывающие его зависимости, экспорты, ресурсы и поведение. Эти метаданные используются для проверки. Образ системы состоит из микроядра, драйверов и приложений, необходимых для работы системы, а также их метаданных. Внешние модули проверки (верификаторы) могут выполнять множество проверок в образе системы прежде, чем система будет его использовать, в частности для того, чтобы убедиться, что драйверы не конфликтуют по ресурсам. Проверка состоит из трех этапов:

компилятор проверяет безопасность типов, владение объектами, протоколы каналов и так далее;
компилятор генерирует Microsoft Intermediate Language, переносимый JVM-подобный байт-код, который может проверять верификатор;
MSIL компилируется в код x86 для базового компьютера, который может добавлять в код проверки времени исполнения (однако существующий компилятор этого не делает).

Добиться более высокой надежности можно с помощью средств, позволяющих обнаружить ошибки в самих верификаторах.

Каждая из четырех разных попыток повысить надежность операционной системы ставит своей целью не допустить, чтобы некорректные драйверы устройств вызывали сбой в системе.

В подходе Nooks каждый драйвер по отдельности заключен в программную оболочку для того, чтобы тщательно контролировать его взаимодействия с остальной операционной системой, но при таком подходе все драйверы находятся в ядре. В реализации подхода паравиртуальной машины эта идея получила дальнейшее развитие. В данном случае драйверы перенесены в одну или несколько машин, отделенных от главной машины, что еще больше ограничивает возможности драйверов. Оба эти подхода призваны увеличить надежность существующих (унаследованных) операционных систем.

Два других подхода заменяют унаследованные операционные системы на более надежные и защищенные. Мультисерверный подход предусматривает работу каждого драйвера и компонента операционной системы в отдельном пользовательском процессе и позволяет им взаимодействовать с помощью механизма IPC микроядра. Наконец, Singularity, самый радикальный подход, использует язык, обеспечивающий безопасность типов, единое адресное пространство и формальные контракты, которые строго ограничивают возможности каждого модуля.

Три из четырех исследовательских проектов - паравиртуализация на базе L4, Minix 3 и Singularity - используют микроядра. Пока не известно, какой из этих подходов в перспективе получит широкое распространение (если это не будет какое-то иное решение). Тем не менее интересно отметить, что микроядра, долгое время считавшиеся неприемлемыми из-за их более низкой производительности по сравнению с монолитными ядрами, могут снова вернуться в операционные системы из-за их потенциально более высокой надежности, что многие считают важнее производительности. Колесо истории повернулось.

Эндрю Таненбаум ([email protected]) - профессор информатики Vrije Universiteit (Амстердам, Голландия). Джоррит Хердер ([email protected]) - аспирант отделения компьютерных систем факультета информатики Vrije Universiteit. Хербер Бос ([email protected])- доцент отделения компьютерных систем факультета информатики Vrije Universiteit.

Литература

V. Basili, B. Perricone, Software Errors and Complexity: An Empirical Investigation, Comm. ACM, Jan. 1984.
T. Ostrand, E. Weyuker, The Distribution of Faults in a Large Industrial Software System, Proc. Int?l Symp. Software Testing and Analysis, ACM Press, 2002.
A. Chou et al., An Empirical Study of Operating System Errors, Proc. 18th ACM Symp. Operating System Principles, ACM Press, 2001.
M. Swift, B. Bershad, H. Levy, Improving the Reliability of Commodity Operating Systems, ACM Trans. Computer Systems, vol. 23, 2005.
M. Swift et al., Recovering Device Drivers, Proc. 6th Symp. Operating System Design and Implementation, ACM Press, 2003.
R. Goldberg, Architecture of Virtual Machines, Proc. Workshop Virtual Computer Systems, ACM Press, 1973.
J. LeVasseur et al., Unmodified Device Driver Reuse and Improved System Dependability via Virtual Machines, Proc. 6th Symp. Operating System Design and Implementation, 2004.
J. Liedtke, On Microkernel Construction, Proc. 15th ACM Symp. Operating System Principles, ACM Press, 1995.
H. Hartig et al., The Performance of Microkernel-Based Systems, Proc. 16th ACM Symp. Operating System Principles, ACM Press, 1997.
J.N. Herder et al., Modular System Programming in MINIX 3, Usenix; www.usenix.org/publications/login/2006-04/openpdfs/herder.pdf .

Пользователи персональных компьютеров отдают предпочтение конкретным вариантам Windows. Универсальность и доступность популярного программного обеспечения сделала изобретения Майкрософт распространенными среди домашних и корпоративных пользователей. Производительность работы важна для комфортного использования и оперативного решения задач, поэтому стоит задаться вопросом о том, какая система известна как самая быстрая Windows.

Рейтинг операционных систем Windows

Корпорация Майкрософт выпустила в мир серию продуктов Windows. В зависимости от даты выпуска различают отдельные варианты программного обеспечения, которые способны продемонстрировать характерные перспективы по производительности работы. Стоит ознакомиться с каждым из доступных вариантов, чтобы изучить преимущества и недостатки.

Windows 8 (8.1);

Самая быстрая Windows определяется по техническим параметрам. Потребуется установить отличающиеся варианты ПО на компьютеры с одинаковой комплектацией, чтобы сравнить производительность программного обеспечения на одинаковой аппаратуре.

Базовыми участниками тестирования становятся специальные утилиты, которые помогают определить производительность отдельных аспектов работы: изображения, вычисления, загрузки и других операций. Исследования на данную тему проводились разными источниками, что позволяет просто подвести итог по существующему рейтингу.

От чего зависит быстрая работа Windows

Каждая версия программного пакета характеризуется продуманным уровнем изготовления. Производительность работы в большинстве зависит от локальных ресурсов компьютера – комплектации и параметров. Мощность оборудования способна сделать каждую ОС перспективной и производительной. Также остаются открытыми вопросы оптимизации – очистки памяти, удаления кэша и прочих хитростей. Чистота составления рейтинга быстрых ОС возможна только при сравнении работы системы при одинаковых мощностях оборудования.

Сама ОС влияет на производительность по факту собственной оптимизации. Аппаратные ресурсы важны для быстродействия, но программные характеристики влияют на правильность и выгоду использования доступных ресурсов. Это становится причиной образования расхождений в скорости срабатывания разных систем на одинаковых компьютерах.

Windows Vista вышла в 2007, гораздо позднее выхода XP. Виста не обрела предпочтения пользователей. Виста стала известной как медленная и нестабильная, поэтому занимает последнее место среди представленных разработок. Vista имеет симпатичный дизайн и продуманную концепцию, но для современного пользователя нет весомых преимуществ установки Виста.

Windows XP появилась в 2001 году и быстро распространилась. Предшественниками популярной XP были ME и 95. Прежние системы быстро вытеснились с рынка последующими инновациями. XP вариант считается подходящим для старых компьютеров со слабыми ресурсами. До сегодня XP устанавливают на устройства с небольшим объемом оперативной памяти и небольшой тактовой частотой процессора.

Популярность XP продлилась до 2012 года. В дальнейшем корпорация прекратила поддержку продукта, но отсутствие обновлений не сказывается на работоспособности и перспективности. Выход новых программных продуктов подвинул XP на четвертую позицию.

ОС под номером 7 разработана в 2009 году. Новый вариант быстро понравился пользователям, поэтому набрал популярность и был установлена на компьютеры. Версия 7 стала первой, которая вытеснила XP, предоставив обновленную альтернативу.

Новая система получила весомые программные усовершенствования, работала без сбоев и демонстрировала привлекательный дизайн. Конкуренция ОС с XP не оставляла сомнений – быстрая и производительная ОС не получала претензий. Новая разработка корпорации научилась самостоятельно работать с сетями, устанавливать драйвера для внешних систем и защищаться от вирусов.

Наличие обновленного функционала сделало Windows 7 популярной. Использование Windows 7 встречается даже сегодня. Реализованные преимущества программного продукта выносят ОС на третье место рейтинга и дают основание рекомендовать установку производительной Windows 7.

2: Windows 8 (8.1)

Выпуск Windows 8 произошел в 2012 году. Стандартный интерфейс организован под использование передвижных плиток. Кнопка «Пуск» была заменена стартовым экраном. Функционал настройки и группировки кнопок запуска понравился пользователям и расширил перспективы персонализации.

В Windows 8 появился магазин с приложениями и поддержка учетной записи Microsoft для объединения аккаунтов устройств. Windows 8 не получила популярности 7 версии, хоть составила интересую альтернативу. Рекомендуется установка ОС 8 для компьютеров со средним ресурсным запасом, поскольку потребности быстрой работы Windows 8 выше, чем для классической XP.

Выход варианта из первой позиции рейтинга произошел в 2015 году. Новая ОС объединила сильные стороны последних вариантов – 7 и 8. 10 быстро набрала популярности и была установлена вместо старых вариантов. Перспектива бесплатного обновления до 10 стала дополнительным козырем корпорации.

Windows 10 поддерживается устройствами: компьютерами, нетбуками, ноутбуками, планшетами и телефонами. Интерфейс ОС 8, рабочего стола и элементов управления кажется привычным и комфортными. Новизна решений обусловила мгновенную работу повседневных процессов, программ и игр. Разработчики внедрили функционал для подключения устройств на Windows 10 и Xbox One.

Улучшение функций безопасности делает Windows 10 устойчивой к вирусным атакам и вредоносным программам. Добавилась функция использования биометрических сведений и другие специфические функции. Сочетание перечисленных характеристик становится обоснованием уверенной первой позиции в рейтинге.

Главная > Образование > Самый защищенный линукс. Самые безопасные Linux дистрибутивы