Научно-исследовательская работа (НИРС)

Тема: "Классификация сетевых подсистем мониторинга ядра ОС Linux"

Техническое задание (ТЗ)

Провести обзор подсистем мониторинга операционной системы Linux. Провести анализ работы данных подсистем и средств механизма сетевого мониторинга ядра Linux-систем, выявить средства мониторинга. Классифицировать существующие подсистемы мониторинга и средств мониторинга.

• Файл с ТЗ
• Файл с РПЗ
• Презентация

Краткое описание работы

Целью работы является провести анализ существующих средств мониторинга сетевой подсистемы ядра ОС Linux.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ предметной области сетевой подсистемы ядра ОС Linux;
• провести обзор существующих подсистем и средств сетевого мониторинга ядра OC Linux
• сформулировать критерии сравнения средств сетевого мониторинга ядра;
• классифицировать существующие подсистемы и средства сетевого мониторинга.

Анализ предметной области

В предметной области ядра ОС Linux были рассмотрены механизмы мониторинга:

• ядро Linux;
• подсистемы ядра Linux;
• сетевая подсистема ядра Linux;
• протоколы сети TCP/IP и OSI.

Средства сетевого мониторинга

В качетсве средств были рассмотрены следующие:

• утилиты для сетевого мониторинга;
• модификация кода ядра Linux;
• зондирование ядра Linux;
• точки трассировки;
• function Trace;
• extended Berkeley Packet Filter.

Критерии сравнения методов сетевого мониторинга

Критерий	Описание
Производительность	Работа при реальной нагрузки и низкие расход системных ресурсов
Безопасность	Наличие гарантии, что внесенный код не вызовет сбой системы или нет необходимости к внедрению написанного код
Скорость разработки	Быстрота разработки программ для сетевого мониторинга
Работоспособность	Запуск на работающей системе без сбоев или требования перезапуска
Гибкость	Возможность выполнить любые поставленные задачи
Независимость	Независимость от сборки ядра
Простота развертывания	Насколько сложно развертывать средства мониторинга на машине и сопровождением документации

Сравнение методов сетевого монитори

Критерий	Утилиты	Модификация	kprobes	tracepoint	ftrace	BPF/eBPF
Производительность	+	+/-	+/-	+	+	+
Безопасность	+	-	+/-	+/-	+	+
Скорость разработки	НН	-	-	+	НН	+
Работоспособность	+	+/-	+/-	+/-	+	+
Гибкость	-	-	+	+	-	-
Независимость	+/-	-	+/-	+	+	+
Простота развертывания	+	+	+/-	+/-	-	+

• "+" - Метод сетевого мониторинга ядра Linux в реализации данного критерия полностью возможно.
• "НН" - Метод сетевого мониторинга не требует изменение или добавление пользовательского кода в ядро Linux.
• "-" - Метод сетевого мониторинга ядра Linux в реализации данного критерия полностью невозможна либо значительно осложнена в сравнении с остальными методами.
• "+/-" - Метод сетевого мониторинга ядра Linux в реализации данного критерия возможно, но осложнена

PS: Многие критерии являются более общенными и их нельзя подкрепить к каким-либо числовым признакам, поэтому необходимо привести к более техническому ввиду и прикрепиться источники, в которых проводились исследования и имеющие числовой признак для выше выдвинутых критерия.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Электронные ресурсы:

1. Определение API
2. Количество багов версий ядра
3. Структура сокета
4. Мониторинг обработки IP-пакетов в ОС Linux
5. Probing the Guts of Kprobes
6. Kernel Probes (Kprobes)
7. Using the Linux Kernel Tracepoints
8. Declarative Tracepoints: A Programmable and Application Independent Debugging System for Wireless Sensor Networks
9. ftrace - Function Tracer

Литература:

1. Лора А. Чеппел Эд Титтел. TCP/IP: учебное пособие. — CанктПетербург: Издательство «БXВ-Петербург», 2003. С. 11 – 77.
2. О.И. Цилюрик. Модули Linux ядра: учебное пособие. — Казань: Казанский университет, 2011. С. 89 – 98.
3. Benvenuti C. Understanding Linux Network Internals. — Sebastopol: O’ReillyMedia, Inc., 2005. p. 1064.
4. Гостев И. М. Операционные системы : учебник и практикум для вузов, 2-е изд. — Москва: Издательство «Юрайт», 2022. с. 164.
5. Хант Крэйг. TCP/IP Сетевое администрирование 3-е издание. — СанктПетербург: Издательство «Симво», 2008. С. 18 – 42.
6. Rosen Rami. Linux Kernel Networking Implementation and Theory. — Apress: ISBN., 2014. с. 648.
7. Калавера Дэвид Фонтана Лоренцо. BPF для мониторинга Linux. — Cанкт-Петербург: Издательство «Питер», 2021. с. 208.