基于大數(shù)據(jù)的API接口運(yùn)維自感知監(jiān)控方法研究

張龍軍 王天軍 沈佳 王濤 王層層

（國網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830000）

隨著公司泛在電力物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的不斷深化，跨行業(yè)、跨企業(yè)、跨系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)交互將呈指數(shù)級增長，而監(jiān)控設(shè)備接口的可用性直接影響泛在系統(tǒng)的可用性。傳統(tǒng)的自感知監(jiān)控設(shè)備中超過2000個(gè)接口被使用，包括50 個(gè)執(zhí)行程序，由于監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，采集數(shù)據(jù)繁重，難以對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，易出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，在沒有進(jìn)行有效的接口管理的情況下，系統(tǒng)存在越來越多的未知、泄漏、不可控等接口安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前對界面的管理主要靠人工整理和人工檢查，效率低，周期長，易出錯(cuò)[1]?；诖颂岢隽嘶诖髷?shù)據(jù)的API 接口運(yùn)維自感知監(jiān)控方法。

1 API接口運(yùn)維自感知監(jiān)控結(jié)構(gòu)

進(jìn)一步使應(yīng)用程序能夠操作系統(tǒng)資源[2]。在運(yùn)維自感知監(jiān)控設(shè)備中，API 接口技術(shù)是控制應(yīng)用程序的一種有效方法，為保障接口運(yùn)維效果，在應(yīng)用程序中使用大量特征函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化，而因?yàn)閼?yīng)用程序既不提供編程接口，也不了解源代碼，需要在API接口中截取Win32 運(yùn)維函數(shù)，并改變其監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的特征行為，并添加至應(yīng)用程序[3]。監(jiān)控設(shè)備中所有32 位應(yīng)用程序都在 Windows 操作系統(tǒng)中相對獨(dú)立的私有地址空間中運(yùn)行。對于API 接口，第一步是將自己的截取函數(shù)添加到動態(tài)鏈接庫中，注入目標(biāo)進(jìn)程的地址空間，從而實(shí)現(xiàn)函數(shù)的跳轉(zhuǎn)。普通代碼注入用于創(chuàng)建遠(yuǎn)程線程監(jiān)測，基于此首先對電網(wǎng)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)測，進(jìn)一步對監(jiān)控接口應(yīng)用程序的消息處理機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。

進(jìn)一步通過 virtual locex 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)程線程來實(shí)現(xiàn)接口代碼注入的主要想法是調(diào)用 write process memory，將截獲的函數(shù)的動態(tài)鏈接庫的名稱和路徑寫入應(yīng)用空間，調(diào)用 create remote thread和 load library 函數(shù)將 DLL 映射到遠(yuǎn)程進(jìn)程，并調(diào)用 Get Exit Code Thread 獲得返回代碼，也就是加載基地址來映射 DLL。這時(shí)，截獲碼被載入地址空間，以供遠(yuǎn)程處理。目標(biāo) API 函數(shù)可以通過使用IAT 補(bǔ)丁或應(yīng)用程序修改方法來改變，從而實(shí)現(xiàn)攔截函數(shù)調(diào)用。

監(jiān)控程序調(diào)用Clipboard 數(shù)據(jù)將 DLL 注入目標(biāo)進(jìn)程，并調(diào)用image director data 函數(shù)以獲取目標(biāo)進(jìn)程模塊的輸入表地址。利用即可進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的調(diào)用，并在內(nèi)存中查找對應(yīng)的項(xiàng)和修改內(nèi)存項(xiàng)[4]。更改后，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)使 memory 屬性變?yōu)榭勺x寫的。監(jiān)控程序可以根據(jù)代碼進(jìn)行替換，從而實(shí)現(xiàn)對接口數(shù)據(jù)的有效處理。

2 API接口運(yùn)維自感知監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集

圖1：HOOK API 結(jié)構(gòu)

針對受外部因素影響的干擾電磁頻譜信息信號，在干擾信號處于最小狀態(tài)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得到不同階段、不同環(huán)境條件下的頻譜權(quán)重和模糊指數(shù)，從而獲得電磁干擾特征值的數(shù)字調(diào)整值，實(shí)現(xiàn)對異常的基本神經(jīng)元的跟蹤監(jiān)測。監(jiān)控設(shè)備輸出函數(shù)由系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù) k 和實(shí)際檢測值的偏差 g 求得，則計(jì)算可得：

網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目， CIR 表示。網(wǎng)絡(luò)中，DRj 是輸出層節(jié)點(diǎn)的連接參數(shù)， ER 和fr 是不同結(jié)構(gòu)單元數(shù)據(jù)容錯(cuò)的最大閾值[5]。以 f (x)為故障信息的特征函數(shù)，結(jié)合sigmoid 原理，得到API 接口故障信息的傳輸特征函數(shù)，具體算法為。

圖3：設(shè)備安全性對比檢測結(jié)果

基于上述算法，可以有效地完成電力系統(tǒng)的全局搜索，準(zhǔn)確地獲得系統(tǒng)初始狀態(tài)的最佳數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)出引起系統(tǒng)故障的梯度下降信息，避免運(yùn)行過程中的偏差。為避免系統(tǒng)故障，消除數(shù)據(jù)信息誤差，在監(jiān)測過程中引入極點(diǎn)，利用小動量項(xiàng)來尋找和調(diào)整故障信息，使其接近系統(tǒng)的最佳信息方向。為提高電力系統(tǒng)故障監(jiān)測與診斷的準(zhǔn)確性，需要在系統(tǒng)中添加去噪編碼器，以便能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地檢測和提取電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的特征。去除噪聲后，通過系統(tǒng)中自動編碼的功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集和分類。通過對系統(tǒng)故障信息特征的收集與分類，有效地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)測與校正的研究目標(biāo)。

3 API接口運(yùn)維自感知監(jiān)控優(yōu)化

API 接口將執(zhí)行傳遞給指定的代碼。每個(gè)進(jìn)程都有自己的地址空間，在 Windows 中只能在自己的地址空間中調(diào)用函數(shù)。在監(jiān)控執(zhí)行定制函數(shù)代碼注入到目標(biāo)進(jìn)程，以取代 API 的執(zhí)行，以便目標(biāo)進(jìn)程只能通過調(diào)用它自己地址空間中函數(shù)的截獲。Api 接口包括兩個(gè)部分：一個(gè)是主程序，它通常采用 exe 格式；另一個(gè)是 hook 模塊，它通常采用DLL 格式。主控程序負(fù)責(zé)把鉤子模塊裝入目標(biāo)進(jìn)程，從而使鉤子模塊中的代碼運(yùn)行在目標(biāo)進(jìn)程的地址空間中。Api 接口的結(jié)構(gòu)如圖1。

在VS2005 上實(shí)現(xiàn)了過程監(jiān)控模塊。工藝監(jiān)控模塊利用HookApi 技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝監(jiān)控模塊的自保護(hù)，同時(shí)保證工藝監(jiān)控模塊的正常運(yùn)行；工藝監(jiān)控模塊利用定時(shí)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝監(jiān)控。通過對監(jiān)測模塊的持續(xù)檢測，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。利用HookApi 技術(shù)防止普通用戶強(qiáng)行關(guān)閉監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控模塊的自保護(hù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。過程保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)是監(jiān)控特定的過程。但是，如果監(jiān)控進(jìn)程關(guān)閉，則無法監(jiān)控其他進(jìn)程。因此，設(shè)計(jì)了守護(hù)程序。監(jiān)測過程發(fā)現(xiàn)有故障關(guān)閉后，自動啟動保護(hù)監(jiān)測過程。圖2 是具體的實(shí)現(xiàn)代碼。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

進(jìn)一步對基于大數(shù)據(jù)的API 接口運(yùn)維自感知監(jiān)控方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測，在檢測過程中，空間和時(shí)間復(fù)雜度是評價(jià)該方法性能的關(guān)鍵。時(shí)效性是指算法在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)所占用的存儲空間，時(shí)間復(fù)雜性是指算法運(yùn)行所需要的時(shí)間。進(jìn)一步啟動實(shí)驗(yàn)平臺，運(yùn)行四種算法，即自適應(yīng)免疫微粒群優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、決策樹和支持向量機(jī)，基于此對健康過程中的空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度數(shù)據(jù)抗擾處理效果進(jìn)行對比檢測，具體如下：

3)因此，輸入序列x(n)可以表示為單位抽樣序列δ(n)的移位相加；輸出序列y(n)可以表示為單位脈沖響應(yīng)序列h(n)的移位相加。相對于輸出序列的卷積表達(dá)式而言，輸入序列的卷積表達(dá)示中，由于單位抽樣序列僅在零點(diǎn)有值，因此序列翻轉(zhuǎn)前后沒有變化，相乘運(yùn)算只是乘以1個(gè)采樣點(diǎn)的值，且幅度為1，因此相當(dāng)于沒有翻轉(zhuǎn)和相乘的運(yùn)算步驟。

表1：監(jiān)控設(shè)備抗擾效果對比檢測

由表1 可知，本文方法下，API 接口運(yùn)維自感知監(jiān)控方法在實(shí)際應(yīng)用過程中可以更好地對抗實(shí)踐和空間復(fù)雜干擾問題，提高監(jiān)控運(yùn)行穩(wěn)定性。進(jìn)一步對比接口運(yùn)維情況下的監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行安全性，具體檢測結(jié)果如圖3。

基于上述檢測結(jié)果可知，相對于傳統(tǒng)方法，本文提出的API 接口運(yùn)維的自感知監(jiān)控設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中安全性和穩(wěn)定性都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，充分滿足研究要求。

5 結(jié)束語

分析了基于API 接口的監(jiān)控設(shè)備的原理和特點(diǎn)，深入研究了API 接口運(yùn)維自感知監(jiān)控的可行性和必要性。通過在 API 服務(wù)器集群內(nèi)搭建 ZABBIX 平臺，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和處理，實(shí)現(xiàn)了API 服務(wù)器在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集群進(jìn)行自動運(yùn)行的研究要求，充分保障監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行效果。