本申請(qǐng)涉及系統(tǒng)內(nèi)存診斷，特別是涉及一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、功能安全系統(tǒng)(如軌道交通信號(hào)系統(tǒng))為實(shí)現(xiàn)sil4等高安全完整性等級(jí)，需執(zhí)行嚴(yán)格的內(nèi)存診斷。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)iec?61508、en50126系列等規(guī)定的診斷方法主要面向無mmu、無緩存、無復(fù)雜操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)易計(jì)算機(jī)架構(gòu)。然而，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)已發(fā)生重大革新：
2、1)存儲(chǔ)架構(gòu)演進(jìn)：現(xiàn)代cpu采用多級(jí)緩存體系(l1/l2/l3?sram緩存+動(dòng)態(tài)ram主存+二級(jí)存儲(chǔ))，通過緩存命中機(jī)制(l1命中率約80％)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速訪問。該架構(gòu)下90％以上數(shù)據(jù)訪問通過緩存完成，僅有5～10％需訪問主存。
3、2)內(nèi)存管理單元(mmu)普及：現(xiàn)代cpu標(biāo)配mmu模塊，包含tlb緩存和twu頁表查詢單元，實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。mmu與緩存深度耦合，頁表訪問屬性直接控制緩存行為，關(guān)閉mmu將導(dǎo)致性能斷崖式下降。
4、3)復(fù)雜內(nèi)存虛擬化：現(xiàn)代操作系統(tǒng)采用分層虛擬內(nèi)存管理：應(yīng)用程序虛擬地址→進(jìn)程物理地址(os管理)→虛擬機(jī)中間物理地址(hypervisor管理)→主機(jī)物理地址。intelept、arm?smmu等硬件輔助技術(shù)進(jìn)一步加劇了地址轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。
5、然而，現(xiàn)行診斷方法存在以下固有缺陷：1)物理內(nèi)存直接訪問需關(guān)閉緩存和mmu，導(dǎo)致性能下降達(dá)數(shù)量級(jí)。2)大規(guī)模內(nèi)存診斷耗時(shí)不可接受(典型服務(wù)器內(nèi)存達(dá)tb級(jí))。3)破壞內(nèi)存隔離機(jī)制，產(chǎn)生跨進(jìn)程/內(nèi)核數(shù)據(jù)篡改風(fēng)險(xiǎn)。4)無法適配虛擬化環(huán)境的多級(jí)地址轉(zhuǎn)換(gva→gpa→hpa)。5)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配導(dǎo)致診斷目標(biāo)與使用區(qū)域失配。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是提供一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法及系統(tǒng)，可有效提高虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷準(zhǔn)確性和效率。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>
3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，包括：
4、獲取虛擬化系統(tǒng)的目標(biāo)軟件函數(shù)和目標(biāo)軟件主函數(shù)；
5、基于帶有輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的目標(biāo)軟件函數(shù)，構(gòu)造擴(kuò)充型軟件函數(shù)；所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)包括原函數(shù)的局部變量、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)，以及擴(kuò)展后的局部變量、輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)；
6、基于目標(biāo)軟件主函數(shù)構(gòu)造擴(kuò)充型主函數(shù)；所述擴(kuò)充型主函數(shù)包括原主函數(shù)的局部變量及擴(kuò)展后的局部變量；
7、對(duì)所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)和擴(kuò)充型主函數(shù)進(jìn)行伴隨式內(nèi)存診斷，得到虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷結(jié)果。
8、可選地，對(duì)所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)和擴(kuò)充型主函數(shù)進(jìn)行伴隨式內(nèi)存診斷，得到虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷結(jié)果，具體包括：
9、將原函數(shù)的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)及局部變量的數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展為對(duì)應(yīng)類型的最長(zhǎng)種類；
10、設(shè)置乘數(shù)因子為梅森質(zhì)數(shù)，并將擴(kuò)展后的輸入?yún)?shù)賦值為原輸入?yún)?shù)與乘數(shù)因子的乘積；
11、通過校驗(yàn)擴(kuò)展參數(shù)與原始參數(shù)之間的運(yùn)算關(guān)系，檢測(cè)輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)及局部變量所在內(nèi)存塊的正確性。
12、可選地，所述乘數(shù)因子為8191、131071或524287。
13、可選地，所述數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展的擴(kuò)展規(guī)則為：
14、當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為int型時(shí)，擴(kuò)展為long?long型；
15、當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為float型時(shí)，擴(kuò)展為long?double型。
16、可選地，所述擴(kuò)充型主函數(shù)中主函數(shù)的局部變量直接賦值為隨機(jī)數(shù)，其擴(kuò)展局部變量為該隨機(jī)數(shù)與乘數(shù)因子的乘積；
17、若主函數(shù)調(diào)用的函數(shù)的形參為直接輸入量，則擴(kuò)展輸入?yún)?shù)為該輸入量與乘數(shù)因子的乘積；
18、若形參為另一函數(shù)的輸出，則擴(kuò)展輸入?yún)?shù)為該輸出與乘數(shù)因子的乘積。
19、可選地，在函數(shù)調(diào)用過程中實(shí)參與形參的內(nèi)存塊采用分離檢測(cè)，主函數(shù)作用域內(nèi)的實(shí)參與被調(diào)用函數(shù)作用域內(nèi)的形參獨(dú)立進(jìn)行內(nèi)存診斷。
20、可選地，所述擴(kuò)充型主函數(shù)調(diào)用擴(kuò)充型軟件函數(shù)時(shí)：
21、若被調(diào)用函數(shù)的形參與主函數(shù)的局部變量同名，則僅保留其中一個(gè)定義。
22、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷系統(tǒng)，包括：
23、函數(shù)獲取模塊，用于獲取虛擬化系統(tǒng)的目標(biāo)軟件函數(shù)和目標(biāo)軟件主函數(shù)；
24、目標(biāo)軟件函數(shù)擴(kuò)充模塊，基于帶有輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的目標(biāo)軟件函數(shù)，構(gòu)造擴(kuò)充型軟件函數(shù)；所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)包括原函數(shù)的局部變量、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)，以及擴(kuò)展后的局部變量、輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)；
25、目標(biāo)軟件主函數(shù)擴(kuò)充模塊，用于基于目標(biāo)軟件主函數(shù)構(gòu)造擴(kuò)充型主函數(shù)；所述擴(kuò)充型主函數(shù)包括原主函數(shù)的局部變量及擴(kuò)展后的局部變量；
26、診斷模塊，用于對(duì)所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)和擴(kuò)充型主函數(shù)進(jìn)行伴隨式內(nèi)存診斷，得到虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷結(jié)果。
27、可選地，所述診斷模塊，具體包括：
28、擴(kuò)展單元，用于將原函數(shù)的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)及局部變量的數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展為對(duì)應(yīng)類型的最長(zhǎng)種類；
29、乘數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置乘數(shù)因子為梅森質(zhì)數(shù)，并將擴(kuò)展后的輸入?yún)?shù)賦值為原輸入?yún)?shù)與乘數(shù)因子的乘積；
30、檢測(cè)單元，用于通過校驗(yàn)擴(kuò)展參數(shù)與原始參數(shù)之間的運(yùn)算關(guān)系，檢測(cè)輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)及局部變量所在內(nèi)存塊的正確性。
31、可選地，所述擴(kuò)展單元的擴(kuò)展規(guī)則為：當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為int型時(shí)，擴(kuò)展為longlong型；當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為float型時(shí)，擴(kuò)展為long?double型。
32、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請(qǐng)公開了以下技術(shù)效果：
33、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法及系統(tǒng)，通過構(gòu)建一個(gè)包含擴(kuò)展參數(shù)的增強(qiáng)型函數(shù)和主函數(shù)，利用梅森質(zhì)數(shù)乘數(shù)因子對(duì)輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)以及局部變量執(zhí)行伴隨式內(nèi)存診斷。此方法在函數(shù)調(diào)用期間，能夠獨(dú)立檢測(cè)實(shí)際參數(shù)與形式參數(shù)的內(nèi)存塊，并通過運(yùn)算關(guān)系來驗(yàn)證內(nèi)存的完整性，從而顯著提升虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷準(zhǔn)確性和效率。
1.一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，所述一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，對(duì)所述擴(kuò)充型軟件函數(shù)和擴(kuò)充型主函數(shù)進(jìn)行伴隨式內(nèi)存診斷，得到虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷結(jié)果，具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，所述乘數(shù)因子為8191、131071或524287。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)類型擴(kuò)展的擴(kuò)展規(guī)則為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，所述擴(kuò)充型主函數(shù)中主函數(shù)的局部變量直接賦值為隨機(jī)數(shù)，其擴(kuò)展局部變量為該隨機(jī)數(shù)與乘數(shù)因子的乘積；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，在函數(shù)調(diào)用過程中實(shí)參與形參的內(nèi)存塊采用分離檢測(cè)，主函數(shù)作用域內(nèi)的實(shí)參與被調(diào)用函數(shù)作用域內(nèi)的形參獨(dú)立進(jìn)行內(nèi)存診斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷方法，其特征在于，所述擴(kuò)充型主函數(shù)調(diào)用擴(kuò)充型軟件函數(shù)時(shí)：
8.一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述診斷模塊，具體包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種適用于虛擬化系統(tǒng)的內(nèi)存診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)展單元的擴(kuò)展規(guī)則為：當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為int型時(shí)，擴(kuò)展為long?long型；當(dāng)原函數(shù)輸入?yún)?shù)為float型時(shí)，擴(kuò)展為long?double型。