如何監(jiān)控和保護(hù)Linux下進(jìn)程安全

　　通過綜合采用用戶級別的top、ps等系統(tǒng)工具以及Linux內(nèi)核防護(hù)技術(shù)，我們可以從用戶/內(nèi)核兩個層次全方位地保護(hù)Linux系統(tǒng)中重要系統(tǒng)進(jìn)程以及用戶進(jìn)程的安全性，從而達(dá)到保護(hù)Linux系統(tǒng)安全的目的。

　　經(jīng)典的信息保密性安全模型Bell-LaPadula模型指出，進(jìn)程是整個計算機(jī)系統(tǒng)的一個主體，它需要通過一定的安全等級來對客體發(fā)生作用。進(jìn)程在一定條件下可以對諸如文件、數(shù)據(jù)庫等客體進(jìn)行操作。如果進(jìn)程用作其他不法用途，將給系統(tǒng)帶來重大危害。在現(xiàn)實生活當(dāng)中，許多網(wǎng)絡(luò)黑客都是通過種植“木馬”的辦法來達(dá)到破壞計算機(jī)系統(tǒng)和入侵的目的，而這些“木馬”程序無一例外的是需要通過進(jìn)程這一方式在機(jī)器上運行才能發(fā)揮作用的。另外，許多破壞程序和攻擊手段都需要通過破壞目標(biāo)計算機(jī)系統(tǒng)的合法進(jìn)程尤其是重要系統(tǒng)進(jìn)程，使得系統(tǒng)不能完成正常的工作甚至無法工作，從而達(dá)到摧毀目標(biāo)計算機(jī)系統(tǒng)的目的。作為服務(wù)器中占絕大多數(shù)市場份額的Linux系統(tǒng)，要切實保證計算機(jī)系統(tǒng)的安全，我們必須對其進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。

　　用戶級進(jìn)程監(jiān)控工具

　　Linux系統(tǒng)提供了who、w、ps和top等察看進(jìn)程信息的系統(tǒng)調(diào)用，通過結(jié)合使用這些系統(tǒng)調(diào)用，我們可以清晰地了解進(jìn)程的運行狀態(tài)以及存活情況，從而采取相應(yīng)的措施，來確保Linux系統(tǒng)的安全。它們是目前在Linux下最常見的進(jìn)程狀況查看工具，它們是隨Linux套件發(fā)行的，安裝好系統(tǒng)之后，用戶就可以使用。

　　1．who命令：該命令主要用于查看當(dāng)前在線上的用戶情況。系統(tǒng)管理員可以使用who命令監(jiān)視每個登錄的用戶此時此刻的所作所為。

　　2．w命令：該命令也用于顯示登錄到系統(tǒng)的用戶情況，但是與who不同的是，w命令功能更加強大，它不但可以顯示有誰登錄到系統(tǒng)，還可以顯示出這些用戶當(dāng)前正在進(jìn)行的工作，w命令是who命令的一個增強版。

　　3．ps命令：該命令是最基本同時也是非常強大的進(jìn)程查看命令。利用它可以確定有哪些進(jìn)程正在運行及運行的狀態(tài)、進(jìn)程是否結(jié)束、進(jìn)程有沒有僵死、哪些進(jìn)程占用了過多的資源等。ps命令可以監(jiān)控后臺進(jìn)程的工作情況，因為后臺進(jìn)程是不和屏幕鍵盤這些標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行通信的，如果需要檢測其情況，可以使用ps命令。下面是一個ps命令的例子

　　$ ps x
　　PID TTY STAT TIME COMMAND
　　5800 ttyp0 S 0:00 -bash
　　5813 ttyp1 S 0:00 -bash
　　5921 ttyp0 S 0:00 man ps
　　5922 ttyp0 S 0:00 sh -c /usr/bin/gunzip -c /var/catman/cat1/ps.1.gz/
　　5923 ttyp0 S 0:00 /usr/bin/gunzip -c /var/catman/cat1/ps.1.gz
　　5924 ttyp0 S 0:00 /usr/bin/less -is
　　5941 ttyp1 R 0:00 ps x

　　4．top命令：top命令和ps命令的基本作用是相同的，顯示系統(tǒng)當(dāng)前的進(jìn)程及其狀態(tài)，但是top是一個動態(tài)顯示過程，可以通過用戶按鍵來不斷刷新當(dāng)前狀態(tài)。如果在前臺執(zhí)行該命令，它將獨占前臺，直到用戶終止該程序為止。比較準(zhǔn)確地說，top命令提供了實時的對系統(tǒng)處理器的狀態(tài)監(jiān)視。它可以顯示系統(tǒng)中CPU最“敏感”的任務(wù)列表。該命令可以按CPU使用、內(nèi)存使用和執(zhí)行時間對任務(wù)進(jìn)行排序，而且它的很多特性都可以通過交互式命令或者在個人定制文件中進(jìn)行設(shè)定。下面是一個top命令的例子：

　　1：55pm up 7 min， 4 user， load average:0.07，0.09，0.06
　　29 processes:28 sleeping， 1 running， 0 zombie， 0 stopped
　　CPU states: 4.5% user， 3.6% system， 0.0% nice， 91.9% idle
　　Mem: 38916K av， 18564K used， 20352K free， 11660K shrd， 1220K buff
　　Swap: 33228K av， 0K used， 33228K free， 11820K cached
　　PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT LIB %CPU %MEM TIME COMMAND
　　363 root 14 0 708 708 552 R 0 8.1 1.8 0:00 top
　　1 root 0 0 404 404 344 S 0 0.0 1.0 0:03 init
　　2 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:00 kflushd
　　3 root -12 -12 0 0 0 SW< 0 0.0 0.0 0:00 kswapd

　　需重點監(jiān)控的一些進(jìn)程

　　由上面的介紹可知，Linux提供的這些命令都能提供關(guān)于進(jìn)程的一些信息，可以通過它們查看系統(tǒng)當(dāng)前的進(jìn)程狀況，也可以找出那些占用了過多系統(tǒng)資源的進(jìn)程并結(jié)束該進(jìn)程。它們的優(yōu)點在于速度快，透明性好，直觀明了。下表給出了Linux系統(tǒng)中較為常見的重要的進(jìn)程（沒有完全列出，用戶可以參考相應(yīng)的資料），用戶可以采用上述工具來實時的監(jiān)測這些重要進(jìn)程的情況，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

　　系統(tǒng)調(diào)用存在缺點

　　我們上述所介紹的進(jìn)程監(jiān)控方法和工具都是基于調(diào)用操作系統(tǒng)給我們提供的相應(yīng)的API接口函數(shù)或者系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)的。我們所得到的只是接口函數(shù)處理后的結(jié)果，不能夠主動地從操作系統(tǒng)內(nèi)核的進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中獲取我們需要的信息。因而，它們具有如下缺點：

　　1．傳統(tǒng)的進(jìn)程監(jiān)控方法運行效率比較低，同時反應(yīng)時間也比較長，實時性能差。

　　2．不能夠?qū)崟r、高效地向用戶報告當(dāng)前系統(tǒng)運行的安全狀況，就算系統(tǒng)中有不法進(jìn)程在運行，系統(tǒng)也不能識別出來。

　　3．不能給用戶捕捉不法進(jìn)程的行為提供證據(jù)和進(jìn)程的活動軌跡。當(dāng)一個不法進(jìn)程運行并對系統(tǒng)產(chǎn)生破壞時，用戶即使通過察看進(jìn)程列表找到了不合法的進(jìn)程，也不清楚到底從進(jìn)程開始運行直到捕捉到這樣一個不法進(jìn)程這樣一段時間內(nèi)，進(jìn)程都對系統(tǒng)造成了哪些破壞，比如說，訪問、修改了哪些重要的系統(tǒng)文件，占用了哪些系統(tǒng)資源等等。這些都給以后的恢復(fù)和處理工作帶來了很大的問題。

　　4．執(zhí)行程序工作在用戶態(tài)，本身就不安全，入侵系統(tǒng)的黑客可以輕松地找到這些進(jìn)程監(jiān)控程序的磁盤映像，進(jìn)行刪除甚至替換，從而會給系統(tǒng)帶來不可估量的損失。這一點尤其需要強調(diào)，比如說，黑客入侵系統(tǒng)成功，就可以植入他們所改寫的ps程序以替換原來系統(tǒng)的ps程序，這樣就使得用戶不能通過該工具得知系統(tǒng)中當(dāng)前運行的不法進(jìn)程，這樣無論黑客如何植入木馬或者其他程序，用戶都無法知道，從而無法采取措施終止這些行為。不言而喻，這樣的后果是很嚴(yán)重的。而在我們下面所要介紹的一種運行于內(nèi)核的進(jìn)程監(jiān)控程序當(dāng)中，黑客根本無法或者很難深入內(nèi)核來破壞該進(jìn)程監(jiān)控程序，從而使其能夠很好地保證自身的安全。

　　內(nèi)核的實時監(jiān)控技術(shù)

　　基于上述種種不足，我們提出了在Linux內(nèi)核中實現(xiàn)進(jìn)程實時監(jiān)控的原理和技術(shù)。該技術(shù)主要分為以下幾個步驟：

　　首先，在“干凈”的系統(tǒng)環(huán)境下，全面地運行系統(tǒng)中的安全進(jìn)程，分析和搜集Linux環(huán)境下這些進(jìn)程的相關(guān)信息（包括進(jìn)程ID號、進(jìn)程名稱、進(jìn)程可執(zhí)行映像、進(jìn)程的開始時間、進(jìn)程的父進(jìn)程等主要信息），形成一張“系統(tǒng)安全進(jìn)程列表”，作為進(jìn)程監(jiān)控的依據(jù)。

　　接著，監(jiān)控代碼在進(jìn)程調(diào)度過程中實時地搜集系統(tǒng)中運行進(jìn)程的信息。如果發(fā)現(xiàn)進(jìn)程不在“系統(tǒng)安全進(jìn)程列表”當(dāng)中，則馬上通過終端輸出該進(jìn)程的PID號、名稱、進(jìn)程的可執(zhí)行映像等信息，或者通過聲音向用戶報警，等待用戶處理，在這個等待的過程中，終止調(diào)度該進(jìn)程，直到用戶做出響應(yīng)（放行該進(jìn)程或者殺死該進(jìn)程）。

　　在第二步當(dāng)中，如果超級用戶（系統(tǒng)管理員）放行了該進(jìn)程，則可以將該進(jìn)程加入“系統(tǒng)安全進(jìn)程列表”，以完善該列表；如果是一般用戶在使用過程當(dāng)中放行了某個進(jìn)程，那么，需要將該用戶的用戶名和身份記錄下來，并且將放行的進(jìn)程記錄下來存為日志，那么，當(dāng)超級用戶（系統(tǒng)管理員）無論是在審核用戶行為還是在修改“系統(tǒng)安全進(jìn)程列表”時，都是一個有力的依據(jù)。

　　另外，在系統(tǒng)運行過程當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)“系統(tǒng)安全進(jìn)程列表”當(dāng)中的某些重要的進(jìn)程（包括kswapd、bdflush等）不在運行，則馬上將該進(jìn)程“遺失”的信息存入文件，以備在系統(tǒng)的恢復(fù)過程當(dāng)中，對它們進(jìn)行針對性的恢復(fù)，根據(jù)不同的情況，有的需要馬上停機(jī)，恢復(fù)進(jìn)程，有的則可以現(xiàn)場恢復(fù)。