CN101895440A - 一种安全网关及其故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全网关及其故障检测方法，所述方法包括：安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册中断处理函数do_nmi；并在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；并在nmi中断被触发后，调用中断处理函数do_nmi检测tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。本发明所述方法能够快速定位安全网关死机的原因并且恢复系统。

Description

一种安全网关及其故障检测方法

技术领域

本发明涉及网络安全领域，尤其涉及一种安全网关及其故障检测方法。

背景技术

安全网关作为重要的网络安全设备，在现在的各类网络环境中已经成为不可缺少的网络设备。在实际使用中，由于复杂的应用和安全网关实现的机制不同，安全网关在某些错误状态下会出现僵死的状态，即系统停止工作，包括停止转发，无法管理，等等。

安全网关常见的僵死原因包括设备处于某种错误状态的死锁，或死循环等等。并且随着软件功能越来越复杂，这种问题越来越突出，而且难以定位。目前常用的系统僵死检测方法是硬件watchdog，硬件watchdog必须有硬件支持。当系统运行以后也就启动了watchdog的计数器，watchdog就开始自动计数，硬件watchdog在设定的时间间隔内没有被执行写操作，那么计数器就会溢出从而引起watchdog中断，造成系统复位，重起设备。但硬件watchdog需要有硬件支持，需要加载对应硬件的驱动模块，增加系统风险。并且硬件watchdog只能检测到系统状态错误，无法设定系统出错的条件，无法检测系统出错的原因和系统出错时的状态，这些对系统问题的判断和定位造成很大的困难。并且，现有的很多系统在处理某些工作的时候是禁止硬中断的，如果在禁止硬中断的时候系统出现故障，那么系统中的软件也就不会有执行的机会，因此如果希望通过软件来检测系统故障，必须使检测代码在即使硬件中断被禁止时还可以运行。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种安全网关及其故障检测方法。

具体的，本发明提供的一种安全网关故障检测方法，包括以下步骤：

安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi；

安全网关在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；

安全网关在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

本发明所述方法中，所述刷新条件包括：所述安全网关接收到数据包。

进一步的，所述方法中，安全网关在初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime时还包括：所述安全网关初始化预先配置的nmi_watchdog的定时器，并注册其处理函数watchdog_reset。

基于上述技术特征，所述刷新条件还包括：所述nmi_watchdog定时器到达设定的定时时间。

本发明所述方法中，所述刷新tos_watchdog_lasttime变量具体为：将当前系统的jiffies赋值给所述tos_watchdog_lasttime变量。

进一步的，所述方法中，安全网关在判定安全网关故障后重启系统前还包括记录系统状态的操作。其中，系统状态包括：CPU状态、各个寄存器的值以及函数堆栈信息。

本发明还提供一种安全网关，包括：

初始化模块，用于在安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi；

变量刷新模块，用于在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；

中断触发模块，用于在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

本发明提供的安全网关进一步具有以下特点：

所述变量刷新模块中刷新条件包括：所述安全网关接收到数据包。

所述初始化模块，还用于在初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime时，初始化预先配置的nmi_watchdog的定时器，并注册其处理函数watchdog_reset。

进一步的，所述变量刷新模块中刷新条件还包括：所述nmi_watchdog定时器到达设定的定时时间。

所述变量刷新模块中刷新tos_watchdog_lasttime变量具体为：将当前系统的jiffies赋值给所述tos_watchdog_lasttime变量。

所述中断触发模块，还用于在判定安全网关故障后重启系统前记录系统的状态。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

首先，本发明所述方法使用NMI检测故障，不仅可以灵活的设定检测时间间隔，设定系统状态出错的条件，还可以避免由于系统屏蔽硬中断而导致无法检测的情况；

其次，本发明所述方法，可以打印出系统状态，包括具体的函数调用栈，寄存器信息等等，便于问题定位；

第三，本发明所述方法不用增加新的硬件及相应的中断处理程序，减少了系统风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种安全网关故障检测方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种安全网关故障检测方法流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种安全网关故障检测方法流程图；

图4为本发明提供的一种安全网关结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了能够快速定位安全网关死机的原因并且恢复系统，本发明提供一种安全网关及其故障检测，所述方法使用NMI(Non Maskable Interrupt，不可屏蔽中断)检测技术，当系统正常运行时每接收到一个数据包或定时时间到达时就会更新变量，如果安全网关出现故障，包括死循环或死锁等，变量无法更新，NMI检测到错误状态后即设定的判断条件失败，就会记录下当前的系统状态包括函数调用栈，寄存器信息，系统出错的判断条件等等，然后使系统复位，重启系统。其中不可屏蔽中断检测的系统出错的条件由程序员自己设定，这样就可以灵活的检测到系统出错，记录下相应的出错信息后，恢复系统。

如图1所示，为本发明提供的一种安全网关故障检测方法流程图，所述方法具体包括以下步骤：

步骤S101、安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi。

步骤S102、安全网关在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量。

需要说明的是，在执行该步骤时，若系统已经发生故障，例如，系统出现死循环或者死锁，则安全网关就不会刷新上述变量。也就是说理论上安全网关在刷新条件被触发时，应该去更新tos_watchdog_lasttime变量；然而，实际中，若网关系统出现故障，其自身是无法实现变量更新的，这就为后续检测是否故障提供了检测条件。

步骤S103、安全网关在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

该步骤中，在判定安全网关故障时，安全网关还执行记录系统状态的操作。其中，系统状态包括：系统CPU状态、各个寄存器的值以及函数堆栈信息。

为了更清楚的表述本发明的实现过程，下面通过几个具体实施例来详细说明本发明的实现过程：

实施例一

具体的，本发明提供的方法包括以下步骤：

步骤S200、安全网关启动时，内核模块初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi。

具体的初始化为tos_nmi_watchdog＝1；tos_watchdog_lasttime＝jiffies；

其中，tos_nmi_watchdog作为是否开启NMI检测的开关，其值等于1表示开启NMI检测；tos_watchdog_lasttime是收到包后需要更新的变量，即检测系统保活的全局变量；jiffies为系统启动后的运行时长，其随着系统运行的时间递增。

步骤S201、安全网关接收到数据包，将当前的jiffies赋值给变量tos_watchdog_lasttime(即刷新tos_watchdog_lasttime的过程)。

步骤S202、当NMI中断被触发后，安全网关调用已经注册的中断处理函数do_nmi来处理该中断，该中断处理函数do_nmi会调用故障检测子函数nmi_watchdog_tick进行故障检测。

值得一提的是，由于NMI是不可屏蔽中断所以即使关闭硬中断的系统该中断也会被触发。

步骤S203、nmi_watchdog_tick函数首先通过全局变量tos_nmi_watchdog判断是否开启了nmi_watchdog，如果tos_nmi_watchdog为0则没有开启检测功能，不作检测；如果tos_nmi_watchdog为1表示开启了检测功能，则判断tos_watchdog_lasttime是否在设定的时间内被刷新，若是，执行步骤S204；否则，执行步骤S205。

步骤S204、不做处理。

步骤S205、安全网关调用die_nmi函数，该die_nmi函数记录系统状态后，重启系统恢复到状态1。

其中，系统状态包括：系统cpu状态、各个寄存器的值以及函数堆栈信息。

实施例二

步骤S300、安全网关启动时，内核模块初始化全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi。

具体的初始化为tos_nmi_watchdog＝1；tos_watchdog_lasttime＝jiffies。

步骤S301、安全网关初始化nmi_watchdog的定时器并注册其处理函数watchdog_reset。

步骤S302、安全网关接收到数据包或nmi_watchdog的定时器的定时时间到达时，将当前的jiffies赋值给变量tos_watchdog_lasttime(即刷新tos_watchdog_lasttime的过程)。

步骤S303、当NMI中断被触发后，安全网关调用已经注册的中断处理函数do_nmi来处理该中断，该中断处理函数do_nmi会调用故障检测子函数nmi_watchdog_tick进行故障检测。

值得一提的是，由于NMI是不可屏蔽中断所以即使关闭硬中断的系统该中断也会被触发。

步骤S304、nmi_watchdog_tick函数首先通过全局变量tos_nmi_watchdog判断是否开启了nmi_watchdog，如果tos_nmi_watchdog为0则没有开启检测功能，不作检测；如果tos_nmi_watchdog为1表示开启了检测功能，则判断tos_watchdog_lasttime是否在设定的时间内被刷新，若是，执行步骤S305；否则，执行步骤S306。

步骤S305、不做处理。

步骤S306、安全网关调用die_nmi函数，该die_nmi函数首先记录系统状态后，重启系统恢复到状态1。

其中，系统状态包括：系统cpu状态、各个寄存器的值以及函数堆栈信息。

需要说明的是，上述记录系统状态为本发明的优选操作，并非本发明的必要操作。

本发明提供的方法，使用NMI检测故障，不仅可以灵活的设定检测时间间隔，设定系统状态出错的条件，还可以避免由于系统屏蔽硬中断而导致无法检测的情况；

另外，本发明所述方法，可以打印出系统状态，包括具体的函数调用栈，寄存器信息等等，便于问题定位；

第三，本发明所述方法不用增加新的硬件及相应的中断处理程序，减少了系统风险。

本发明还提供一种安全网关，如图4所示，包括：

初始化模块410，用于在安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi；

变量刷新模块420，用于在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；

中断触发模块430，用于在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

其中，变量刷新模块420中刷新条件包括：所述安全网关接收到数据包。

初始化模块410，还用于在初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime时，初始化预先配置的nmi_watchdog的定时器，并注册其处理函数watchdog_reset。

基于上述技术特征，变量刷新模块420中刷新条件还包括：所述nmi_watchdog定时器到达设定的定时时间。

进一步的，变量刷新模块420中刷新tos_watchdog_lasttime变量具体为：将当前系统的jiffies赋值给所述tos_watchdog_lasttime变量。

中断触发模块430，还用于在判定安全网关故障后重启系统前记录系统的状态。其中，系统状态包括：系统cpu状态、各个寄存器的值以及函数堆栈信息。

通过实施本发明所述安全网关，可以达到一下技术效果：

本发明提供的安全网关，使用NMI检测故障，不仅可以灵活的设定检测时间间隔，设定系统状态出错的条件，还可以避免由于系统屏蔽硬中断而导致无法检测的情况；

另外，本发明所述安全网关，可以打印出系统状态，包括具体的函数调用栈，寄存器信息等等，便于问题定位；

第三，本发明所述安全网关不用增加新的硬件及相应的中断处理程序，减少了系统风险。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种安全网关故障检测方法，其特征在于，包括：

安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册不可屏蔽中断NMI中断处理函数do_nmi；

安全网关在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；

安全网关在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刷新条件包括：所述安全网关接收到数据包。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述安全网关在初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime时还包括：

所述安全网关初始化预先配置的nmi_watchdog的定时器，并注册其处理函数watchdog_reset。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述刷新条件还包括：所述nmi_watchdog定时器到达设定的定时时间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刷新tos_watchdog_lasttime变量具体为：将当前系统的jiffies赋值给所述tos_watchdog_lasttime变量。

6.如权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述安全网关在判定安全网关故障后重启系统前还包括：记录系统状态的操作。

7.一种安全网关，其特征在于，包括：

初始化模块，用于在安全网关启动时，初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime，并注册NMI中断处理函数do_nmi；

变量刷新模块，用于在刷新条件被触发时，刷新所述tos_watchdog_lasttime变量；

中断触发模块，用于在NMI中断被触发后，调用所述中断处理函数do_nmi检测所述tos_watchdog_lasttime变量在设定的时间内是否未被刷新过，若是，判定安全网关发生故障，重启系统。

8.如权利要求7所述的安全网关，其特征在于，所述变量刷新模块中刷新条件包括：所述安全网关接收到数据包。

9.如权利要求8所述的安全网关，其特征在于，所述初始化模块，还用于在初始化预先配置的全局变量tos_nmi_watchdog和tos_watchdog_lasttime时，初始化预先配置的nmi_watchdog的定时器，并注册其处理函数watchdog_reset。

10.如权利要去9所述的安全网关，其特征在于，所述变量刷新模块中刷新条件还包括：所述nmi_watchdog定时器到达设定的定时时间。

11.如权利要求7所述的安全网关，其特征在于，所述变量刷新模块中刷新tos_watchdog_lasttime变量具体为：将当前系统的jiffies赋值给所述tos_watchdog_lasttime变量。

12.如权利要求7至11任意一项所述安全网关，其特征在于，所述中断触发模块，还用于在判定安全网关故障后重启系统前记录系统的状态。

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