如何監(jiān)控和保護Linux下進程安全

　　通過綜合采用用戶級別的top、ps等系統(tǒng)工具以及Linux內(nèi)核防護技術，我們可以從用戶/內(nèi)核兩個層次全方位地保護Linux系統(tǒng)中重要系統(tǒng)進程以及用戶進程的安全性，從而達到保護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，進程是整個計算機系統(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。進程在一定條件下可以對諸如文件、數(shù)據(jù)庫等客體進行操作。如果進程用作其他不法用途，將給系統(tǒng)帶來重大危害。在現(xiàn)實生活當中，許多網(wǎng)絡黑客都是通過種植“木馬”的辦法來達到破壞計算機系統(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程這一方式在機器上運行才能發(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計算機系統(tǒng)的合法進程尤其是重要系統(tǒng)進程，使得系統(tǒng)不能完成正常的工作甚至無法工作，從而達到摧毀目標計算機系統(tǒng)的目的。作為服務器中占絕大多數(shù)市場份額的Linux系統(tǒng)，要切實保證計算機系統(tǒng)的安全，我們必須對其進程進行監(jiān)控和保護。

　　用戶級進程監(jiān)控工具

　　Linux系統(tǒng)提供了who、w、ps和top等察看進程信息的系統(tǒng)調(diào)用，通過結合使用這些系統(tǒng)調(diào)用，我們可以清晰地了解進程的運行狀態(tài)以及存活情況，從而采取相應的措施，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前正在進行的工作，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程查看命令。利用它可以確定有哪些進程正在運行及運行的狀態(tài)、進程是否結束、進程有沒有僵死、哪些進程占用了過多的資源等。ps命令可以監(jiān)控后臺進程的工作情況，因為后臺進程是不和屏幕鍵盤這些標準輸入/輸出設備進行通信的，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)當前的進程及其狀態(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)行時間對任務進行排序，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行設定。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)控的一些進程

　　由上面的介紹可知，Linux提供的這些命令都能提供關于進程的一些信息，可以通過它們查看系統(tǒng)當前的進程狀況，也可以找出那些占用了過多系統(tǒng)資源的進程并結束該進程。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程（沒有完全列出，用戶可以參考相應的資料），用戶可以采用上述工具來實時的監(jiān)測這些重要進程的情況，并采取相應的防護措施。

　　系統(tǒng)調(diào)用存在缺點

　　我們上述所介紹的進程監(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)處理后的結果，不能夠主動地從操作系統(tǒng)內(nèi)核的進程數(shù)據(jù)結構當中獲取我們需要的信息。因而，它們具有如下缺點：

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

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

　　3．不能給用戶捕捉不法進程的行為提供證據(jù)和進程的活動軌跡。當一個不法進程運行并對系統(tǒng)產(chǎn)生破壞時，用戶即使通過察看進程列表找到了不合法的進程，也不清楚到底從進程開始運行直到捕捉到這樣一個不法進程這樣一段時間內(nèi)，進程都對系統(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程監(jiān)控程序的磁盤映像，進行刪除甚至替換，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)中當前運行的不法進程，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，這樣的后果是很嚴重的。而在我們下面所要介紹的一種運行于內(nèi)核的進程監(jiān)控程序當中，黑客根本無法或者很難深入內(nèi)核來破壞該進程監(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

　　基于上述種種不足，我們提出了在Linux內(nèi)核中實現(xiàn)進程實時監(jiān)控的原理和技術。該技術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)中的安全進程，分析和搜集Linux環(huán)境下這些進程的相關信息（包括進程ID號、進程名稱、進程可執(zhí)行映像、進程的開始時間、進程的父進程等主要信息），形成一張“系統(tǒng)安全進程列表”，作為進程監(jiān)控的依據(jù)。

　　接著，監(jiān)控代碼在進程調(diào)度過程中實時地搜集系統(tǒng)中運行進程的信息。如果發(fā)現(xiàn)進程不在“系統(tǒng)安全進程列表”當中，則馬上通過終端輸出該進程的PID號、名稱、進程的可執(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)度該進程，直到用戶做出響應（放行該進程或者殺死該進程）。

　　在第二步當中，如果超級用戶（系統(tǒng)管理員）放行了該進程，則可以將該進程加入“系統(tǒng)安全進程列表”，以完善該列表；如果是一般用戶在使用過程當中放行了某個進程，那么，需要將該用戶的用戶名和身份記錄下來，并且將放行的進程記錄下來存為日志，那么，當超級用戶（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)運行過程當中，如果發(fā)現(xiàn)“系統(tǒng)安全進程列表”當中的某些重要的進程（包括kswapd、bdflush等）不在運行，則馬上將該進程“遺失”的信息存入文件，以備在系統(tǒng)的恢復過程當中，對它們進行針對性的恢復，根據(jù)不同的情況，有的需要馬上停機，恢復進程，有的則可以現(xiàn)場恢復。