CN102662870A - 基于vfs层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法 - Google Patents

基于vfs层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,涉及移动终端设备的数据安全领域,包括步骤:基于Linux的安卓操作系统包括应用层和内核层,应用层访问设备上的数据时,先将I/O请求传递到内核层的VFS层;在内核层的VFS层拦截I/O请求,根据预设策略,修改或保留I/O请求的目标区,再将I/O请求传递给实际的文件系统;通过实际的文件系统将I/O请求传递到设备的驱动程序中。本发明能解决由于频繁安装和卸载软件产生文件和数据垃圾的问题,支持所有Linux支持的文件系统格式;操作简单,普通用户能够独立操作,恢复速度快;读写数据量小,降低了存储设备的损耗。

Description

基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法
技术领域
本发明涉及移动终端设备的数据安全领域,特别是涉及一种基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法。
背景技术
Android(安卓)操作系统是一种以Linux为基础的开放源码操作系统,主要用于便携设备,它由谷歌公司和开放手持设备联盟开发和领导。由于Android操作系统的开放和自由性,以及智能设备的大量快速普及,在Android Market和其他应用程序市场上提供了大量的应用程序和游戏等软件供用户下载安装。伴随着用户频繁地下载安装、使用软件,在空间有限的存储设备上会产生大量的文件和数据。即使卸载软件,仍然会有部分文件和数据残留在存储设备上。
当前市场上只有基于备份还原机制的软件,通过完整还原Android操作系统和清空SD卡等存储设备的方式,实现恢复系统到初始状态。
上述这种方式存在以下缺点:
(1)操作复杂,普通用户无法独立操作;
(2)只能完整恢复系统,速度慢;
(3)读写数据量大,加速了存储设备的损耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,能够解决由于频繁安装和卸载软件产生文件和数据垃圾的问题,支持所有Linux支持的文件系统格式;操作简单,普通用户能够独立操作,恢复速度快;读写数据量小,降低了存储设备的损耗。
本发明提供的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,包括以下步骤:A、基于Linux的安卓操作系统包括应用层和内核层,应用层访问设备上的数据时,先将I/O请求传递到内核层的虚拟文件系统VFS层;B、在内核层的VFS层拦截I/O请求,根据预设策略,修改或保留I/O请求的目标区,将I/O请求传递给实际的文件系统,再通过实际的文件系统将I/O请求传递到设备的驱动程序中。
在上述技术方案中,步骤B中所述预设策略为:将可写存储介质划分为保护区和缓冲区,处于保护状态时,在内核层的VFS层拦截文件读写操作请求,将对保护区的写操作重定向到缓冲区中;处于非保护状态时,直接下发所有文件读写操作请求;还原系统时,放弃缓冲区中的数据;备份系统时,将缓冲区中的数据回写到保护区。
在上述技术方案中,所述应用层包括管理控制台,应用层通过所述管理控制台向内核层中的VFS层下发控制指令。
在上述技术方案中,所述控制指令包括进入保护状态指令和还原指令。
在上述技术方案中,所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件写操作请求后,查询到被操作文件的路径属于保护区时,通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果被操作文件已经被映射,则修改写请求,将操作目标重定向到映射关系记录中记录的缓冲区的位置,然后向下传递被修改的文件写操作请求;如果被操作文件没有发生映射关系,则根据I/O请求中数据的大小,在缓冲区申请连续未使用空间,将I/O请求的操作目标修改为新申请的缓冲区空间,并在映射关系表中记录本次映射关系,再向下传递被修改的文件写操作请求。
在上述技术方案中,所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件写操作请求后,查询到被操作文件的路径不属于保护区时,如果判定被操作文件属于缓冲区,则结束操作;如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件写操作请求。
在上述技术方案中,所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件读操作请求后,查询到被操作文件的路径属于保护区时,通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果被操作文件已经被映射,则修改读请求的操作目标为映射关系表中记录的缓冲区的位置,再向下传递被修改的文件读操作请求;如果被操作文件没有发生映射关系,则直接向下传递文件读操作请求。
在上述技术方案中,所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件读操作请求后,查询到被操作文件的路径不属于保护区时,如果判定被操作文件属于缓冲区,则结束操作;如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件读操作请求。
在上述技术方案中,所述管理控制台发出还原指令后,将系统状态设置为还原,停止向下传递所有的I/O请求,然后清空缓冲区中的映射关系表,设置系统状态为正常,再向下传递所有的I/O请求。
在上述技术方案中,所述查询缓冲区中的映射关系表的过程如下:在映射关系表中查询是否有与被操作文件的路径匹配的映射关系记录,如果没有查找到,则表明被操作文件没有发生过映射关系;如果找到匹配的映射关系记录,则在匹配的记录中继续查询文件被操作位置是否已经发生过映射。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明将可写存储介质划分为安全区和缓冲区,保护状态时,在Linux操作系统的VFS层拦截文件读写操作,将对安全区的写操作重定向到缓冲区中,非保护状态时,透明分发所有读写操作。当用户选择还原时,废弃缓冲区中的数据;当用户选择备份时,将缓冲区数据回写到安全区。因此,用户在卸载软件的同时,可以完全清除软件产生的所有数据,从而解决了由于频繁安装和卸载软件产生文件和数据垃圾的问题。
(2)由于处理逻辑在VFS层,所以本发明支持所有Linux支持的文件系统格式。
(3)操作简单,普通用户能够独立操作。
(4)当用户选择还原时,废弃缓冲区中的数据,无需完整恢复系统,恢复速度快。
(5)读写数据量小,降低了存储设备的损耗。
附图说明
图1是本发明实施例中VFS层的架构图。
图2是本发明实施例中文件写操作请求的处理流程图。
图3是本发明实施例中文件读操作请求的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
Android操作系统是一种以Linux为基础的开放源码操作系统。其本地存储数据的方式是文件系统。基于Linux的安卓操作系统包括应用层和内核层,在Linux内核中有一个抽象层,称为VFS(VirtualFilesystem,虚拟文件系统)层,VFS层对上提供了统一、抽象的文件、目录操作接口,屏蔽了不同文件系统格式之间的差异。
参见图1所示,从VFS的框架结构图可以看到,应用层对设备上的数据进行I/O访问,都要先把I/O请求传递到VFS层,然后再通过实际的文件系统,最终传递到设备的驱动程序中。本发明的基本原理就是在VFS层拦截I/O请求,根据预设策略,修改或保留I/O请求的目标区,然后再将I/O请求传递给实际的文件系统。
本发明实施例提供的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,包括以下步骤:
A、在Android操作系统的可写存储介质创建一个大小为100兆字节的文件,这个文件被称为缓冲区,用于存储映射关系表和映射数据。整个可写存储介质除去缓冲区占用的空间,其他空间被称为保护区。
基于Linux的安卓操作系统包括应用层和内核层,应用层包括管理控制台,应用层通过所述管理控制台向内核层中的VFS层下发控制指令,控制指令包括进入保护状态指令和还原指令。应用层访问设备上的数据时,先将I/O请求传递到内核层的VFS层。
预先设定一个策略:将可写存储介质划分为保护区和缓冲区,处于保护状态时,在内核层的VFS层拦截文件读写操作请求,将对保护区的写操作重定向到缓冲区中;处于非保护状态时,直接下发所有文件读写操作请求;还原系统时,放弃缓冲区中的数据;备份系统时,将缓冲区中的数据回写到保护区。
B、在内核层的VFS层拦截I/O请求,根据预设的策略,修改或保留I/O请求的目标区,将I/O请求传递给实际的文件系统,再通过实际的文件系统将I/O请求传递到设备的驱动程序中。
当应用层的管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,如果拦截到的是写请求,参见图2所示,按以下流程处理:
步骤101:收到用户层下发的对文件的写操作请求。
步骤102:查询被操作文件的路径是否属于保护区,如果是,则转到步骤103;否则转到步骤109。
步骤103:如果查询到被操作文件的路径属于保护区,则通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果是,则转到步骤104;否则转到步骤105。
其中,查询缓冲区中的映射关系表的具体过程如下:
在映射关系表中查询是否有与被操作文件的路径匹配的映射关系记录,如果没有查找到,则表明被操作文件没有发生过映射关系;如果找到匹配的映射关系记录,则在匹配的记录中继续查询文件被操作位置是否已经发生过映射。
步骤104:如果被操作文件已经被映射,则修改写请求,将操作目标重定向到映射关系记录中记录的缓冲区的位置,然后转到步骤108。
步骤105:如果被操作文件没有发生映射关系,则根据I/O请求中数据的大小,在缓冲区申请连续未使用空间。
步骤106:将I/O请求的操作目标修改为新申请的缓冲区空间。
步骤107:在映射关系表中记录本次映射关系。
步骤108:向下传递被修改的文件写操作请求。
步骤109:如果查询到被操作文件的路径不属于保护区,则进一步判断被操作文件是否属于缓冲区,如果是,则结束操作,以避免缓冲区被破坏;否则转到步骤110。
步骤110:如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件写操作请求。
当应用层的管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,如果拦截到的是读请求,参见图3所示,按以下流程处理:
步骤201:收到用户层下发的对文件的读操作请求。
步骤202:查询被操作文件的路径是否属于保护区,如果是,则转到步骤204;否则转到步骤203。
步骤203:如果查询到被操作文件的路径不属于保护区,则进一步判断被操作文件是否属于缓冲区,如果是,则结束操作,以避免缓冲区被破坏;否则转到步骤205。
步骤204:如果查询到被操作文件的路径属于保护区,则通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果是,则转到步骤206;否则转到步骤205。
步骤205:如果被操作文件没有发生映射关系,则直接向下传递文件读操作请求;如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件读操作请求。
步骤206:如果被操作文件已经被映射,则修改读请求的操作目标为映射关系表中记录的缓冲区的位置。
步骤207:向下传递被修改的文件读操作请求。
当应用层的管理控制台发出还原指令时,按以下流程处理:
步骤301:设置系统状态为还原,然后停止向下传递所有的I/O请求。
步骤302:清空缓冲区中的映射关系表。
步骤303:设置系统状态为正常。
步骤304:向下传递所有的I/O请求。
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。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于包括步骤:
A、基于Linux的安卓操作系统包括应用层和内核层,应用层访问设备上的数据时,先将I/O请求传递到内核层的虚拟文件系统VFS层;
B、在内核层的VFS层拦截I/O请求,根据预设策略,修改或保留I/O请求的目标区,将I/O请求传递给实际的文件系统,再通过实际的文件系统将I/O请求传递到设备的驱动程序中。
2.如权利要求1所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:步骤B中所述预设策略为:将可写存储介质划分为保护区和缓冲区,处于保护状态时,在内核层的VFS层拦截文件读写操作请求,将对保护区的写操作重定向到缓冲区中;处于非保护状态时,直接下发所有文件读写操作请求;还原系统时,放弃缓冲区中的数据;备份系统时,将缓冲区中的数据回写到保护区。
3.如权利要求2所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述应用层包括管理控制台,应用层通过所述管理控制台向内核层中的VFS层下发控制指令。
4.如权利要求3所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述控制指令包括进入保护状态指令和还原指令。
5.如权利要求4所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件写操作请求后,查询到被操作文件的路径属于保护区时,通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果被操作文件已经被映射,则修改写请求,将操作目标重定向到映射关系记录中记录的缓冲区的位置,然后向下传递被修改的文件写操作请求;如果被操作文件没有发生映射关系,则根据I/O请求中数据的大小,在缓冲区申请连续未使用空间,将I/O请求的操作目标修改为新申请的缓冲区空间,并在映射关系表中记录本次映射关系,再向下传递被修改的文件写操作请求。
6.如权利要求4所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件写操作请求后,查询到被操作文件的路径不属于保护区时,如果判定被操作文件属于缓冲区,则结束操作;如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件写操作请求。
7.如权利要求4所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件读操作请求后,查询到被操作文件的路径属于保护区时,通过查询缓冲区中的映射关系表,来判断被操作文件是否被映射到缓冲区,如果被操作文件已经被映射,则修改读请求的操作目标为映射关系表中记录的缓冲区的位置,再向下传递被修改的文件读操作请求;如果被操作文件没有发生映射关系,则直接向下传递文件读操作请求。
8.如权利要求4所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述管理控制台发出进入保护状态指令后,在VFS层拦截应用层的I/O请求,收到用户层下发的文件读操作请求后,查询到被操作文件的路径不属于保护区时,如果判定被操作文件属于缓冲区,则结束操作;如果判定被操作文件既不属于保护区,也不属于缓冲区,则直接向下传递文件读操作请求。
9.如权利要求4所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述管理控制台发出还原指令后,将系统状态设置为还原,停止向下传递所有的I/O请求,然后清空缓冲区中的映射关系表,设置系统状态为正常,再向下传递所有的I/O请求。10、如权利要求5或7所述的基于VFS层拦截读写请求的安卓操作系统保护方法,其特征在于:所述查询缓冲区中的映射关系表的过程如下:在映射关系表中查询是否有与被操作文件的路径匹配的映射关系记录,如果没有查找到,则表明被操作文件没有发生过映射关系;如果找到匹配的映射关系记录,则在匹配的记录中继续查询文件被操作位置是否已经发生过映射。
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