一種軟硬件結(jié)合的控制流檢測與恢復(fù)方法

【摘 要】在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，控制流檢測技術(shù)是為了防止由瞬時(shí)故障所造成的程序錯(cuò)誤，及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)語言程序在運(yùn)行過程中的不良狀況，其恢復(fù)方法能夠?qū)⑦\(yùn)行錯(cuò)誤檢測出來并做以糾正。但控制流檢測技術(shù)在實(shí)際執(zhí)行過程中，也存在檢測混淆等失誤情況，該技術(shù)也經(jīng)歷了多次改良和升級，修正了程序自身的漏洞。本文針對軟硬件結(jié)合的控制流檢測技術(shù)展開論述，剖析這種技術(shù)在實(shí)踐過程中的優(yōu)勢所在，以及程序恢復(fù)方法的運(yùn)行機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】軟硬件結(jié)合 控制流檢測方法 恢復(fù)方法

前言：控制流檢測能夠提升計(jì)算機(jī)微處理器的功能，對于程序運(yùn)行過程中的容錯(cuò)機(jī)能有著直接影響。在傳統(tǒng)的控制流檢測環(huán)節(jié)中，應(yīng)用固有技術(shù)進(jìn)行控制流檢測使程序運(yùn)行的成本加大?；诖耍瑧?yīng)設(shè)計(jì)出一種軟硬件兼顧的控制流檢測模式，并且伴以相應(yīng)的恢復(fù)方法。該模式較以往技術(shù)更為自動(dòng)化，不僅能夠通過編譯自動(dòng)嵌入關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而且能夠自動(dòng)執(zhí)行檢測職能，甚至無需繁雜處理，就可以順利恢復(fù)正常的控制流，使程序快速修復(fù)。

一、控制流檢測方法概述

控制流檢測方法可以將計(jì)算機(jī)程序的錯(cuò)誤執(zhí)行通過有效的手段甄別出來。隨著技術(shù)水平的不斷提升，目前的控制流檢測方法是基于計(jì)算機(jī)軟硬件結(jié)合的處理方式，以及應(yīng)用純軟件的控制流檢測方法。經(jīng)實(shí)踐表明，前者的處理模式更為穩(wěn)定，并且能夠?qū)⒄_的恢復(fù)方法自動(dòng)執(zhí)行下去，從而令控制流檢測系統(tǒng)更加完備。

二、控制流檢測技術(shù)的研究狀況

最初，控制流檢測技術(shù)僅使用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，即看門狗模塊，但該方法的應(yīng)用領(lǐng)域較為狹窄，不能適用于所有的控制流檢測，這就催生了新方法的顯現(xiàn)。在之前的一段時(shí)期內(nèi)，控制流檢測采用純軟件的技術(shù)方法，該方法也能夠合理的執(zhí)行檢測，并且能夠?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場保存和恢復(fù)。又經(jīng)過該系統(tǒng)的升級，一種軟硬結(jié)合的控制流檢測方法在實(shí)踐中嶄露頭角，得到了相關(guān)研究人員的一致認(rèn)可?；?051體系的結(jié)構(gòu)問世后，較有成效的改善了系統(tǒng)的代碼量與性能，改善了程序控制流的檢測與執(zhí)行效率[1]。即便當(dāng)處理器出現(xiàn)錯(cuò)誤后，也能夠及時(shí)會(huì)退到上一現(xiàn)場的保存點(diǎn)，成功完成恢復(fù)過程。

三、一種軟硬件結(jié)合的控制流檢測及自動(dòng)修復(fù)錯(cuò)誤機(jī)理

（一）軟硬結(jié)合控制檢測方法的演化

從上個(gè)世紀(jì)末開始，根據(jù)當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主流處理器的研發(fā)水平，科研專家就提出了以硬件為主兼顧軟件運(yùn)行的程序控制流檢測方法，該技術(shù)一經(jīng)推出，就通過細(xì)致的配置發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)應(yīng)用模型。隨著處理器及相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件的升級，軟硬結(jié)合控制檢測方法浮出水面，且比以往的性能更佳。

（二）一種軟硬件結(jié)合控制流檢測的實(shí)現(xiàn)過程

首先，當(dāng)程序運(yùn)行之初，處理器接到指令后，程序迅速開始執(zhí)行，在此時(shí)，該種軟硬件結(jié)合的控制流檢測技術(shù)從被檢測電路中得到信號源，且根據(jù)信號的指令進(jìn)行自動(dòng)的信息數(shù)據(jù)分析；然后，計(jì)算機(jī)中心處理器根據(jù)第一步驟的處理結(jié)果來推算下一步驟的執(zhí)行地址，從而選擇按照控制流檢測所分析完成的結(jié)果繼續(xù)執(zhí)行下去；最后，當(dāng)經(jīng)過檢測后的信息數(shù)據(jù)沒有執(zhí)行，則通過處理器分支檢測的過程被重新進(jìn)行檢測或自動(dòng)恢復(fù)，直至通過分支檢測電路的控制流檢測，從而順利完成該種軟硬件結(jié)合的控制流檢測方法[2]。

（三）軟硬件結(jié)合控制流檢測方法的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)控制流檢測的處理框架中，基于源位置簽名的模式通過檢測只要能夠通過總線就能完成。但隨著技術(shù)的革新，電路技術(shù)的不斷完善，很多細(xì)節(jié)的處理更為精準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)芯片內(nèi)開始采用新型緩存技術(shù)，以便于使程序運(yùn)行更為平穩(wěn)。軟硬件結(jié)合的控制流檢測技術(shù)比硬件為主的并行檢測技術(shù)更為先進(jìn)，雖然在模擬設(shè)計(jì)的過程中也曾出現(xiàn)過諸多問題，但經(jīng)過系統(tǒng)的改進(jìn)與磨合，該種方法能夠?qū)崿F(xiàn)控制流檢測與恢復(fù)，辨認(rèn)系統(tǒng)存儲(chǔ)的空間，改變程序編碼的排列順序[3]。發(fā)展至今，高性能微處理器中應(yīng)用了大量的寄存器文件與數(shù)據(jù)RAM，如果在執(zhí)行編碼時(shí)，僅寫入緩沖數(shù)據(jù)，將會(huì)大大提升控制流檢測的效率，從而縮減程序恢復(fù)的時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的整體效能。

（四）系統(tǒng)驗(yàn)證過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與恢復(fù)方法

通過對軟硬件控制流檢測方法的實(shí)踐操作與分析而知，軟硬件結(jié)合的控制流檢測技術(shù)與以硬件為主的檢測方法相對，不僅可以降低成本，還可以使系統(tǒng)快速復(fù)位，順利執(zhí)行正常程序。這依賴于該系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有序執(zhí)行[4]。首先是硬件現(xiàn)場的緩存過程要及時(shí)，無論以硬件為主還是以純軟件實(shí)現(xiàn)控制流檢測過程，處理器的緩存執(zhí)行一定要及時(shí)有效，特別是多次進(jìn)行錯(cuò)誤簽名比對時(shí)，考驗(yàn)的就是數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行速度；另外，還要注意檢測到錯(cuò)誤后的直接復(fù)位系統(tǒng)的能效，在以往，這是一個(gè)較大的缺陷，然而，軟硬件結(jié)合的控制流檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)，直接填補(bǔ)了傳統(tǒng)模式的漏洞，在發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤后，能在第一時(shí)間恢復(fù)為正確控制流狀態(tài)，這是該方法的又一重要的關(guān)鍵點(diǎn)[5]。

四、結(jié)束語

通過對計(jì)算機(jī)匯編語言程序的細(xì)致研究，提出一種軟硬件結(jié)合的控制流檢測技術(shù)，它不僅能夠避免傳統(tǒng)控制流檢測過程的缺點(diǎn)，還能夠精準(zhǔn)的進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并且對錯(cuò)誤程序進(jìn)行及時(shí)糾正，恢復(fù)過程極為迅速、準(zhǔn)確。該技術(shù)使得傳統(tǒng)控制流檢測的成本有所降低，使用價(jià)值較為突出。軟硬件結(jié)合的控制流檢測方法及智能化恢復(fù)模式的研究成果，對于該領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展具有積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔銳，陳微，劉芳，戴葵，王志英.FT51：一種容軟錯(cuò)誤高可靠微控制器[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2010，11（06）：141-142.

[2]龔銳，陳微，劉芳，戴葵，王志英.一種軟硬件結(jié)合的控制流檢測與恢復(fù)方法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2010，2（04）：151-153.

[3]吳艷霞，顧國昌，戴葵，劉海波，沈晶.匯編級軟硬結(jié)合的控制流檢測方法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2011，10（20）：172-175.

[4]唐柳，黃樟欽，侯義斌，方鳳才，張會(huì)兵.利用冗余核的MPSoC故障檢測方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，1（02）：121-124.

[5]吳艷霞，顧國昌，付巖，程立新.并發(fā)控制流檢測技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，10（05）：142-144.