CN103106260B - 一种面向角色的虚拟文件系统的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向角色的虚拟文件系统构建方法，属于计算机领域。面向角色的虚拟文件系统构建方法包括：为每个角色建立对应的“角色虚拟文件系统配置文件”；“角色虚拟文件系统配置文件”中给出虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；角色分为基本角色和复合角色，复合角色包含若干基本角色和复合角色及排除若干角色，复合角色的“角色虚拟文件系统”为复合角色所包含若干角色的“角色虚拟文件系统”的合并与排除。本发明以面向角色的虚拟文件系统方式可在操作系统中全局文件系统上建立任意复杂的虚拟文件系统，并以“角色虚拟文件系统”方式为应用程序提供基于角色的个性化文件系统服务。

Description

一种面向角色的虚拟文件系统的建立方法

技术领域

本发明属于计算机领域，主要关注为上层应用程序提供基于角色的个性化文件系统服务。

背景技术

目前操作系统中全局文件系统可以被操作系统中任何应用程序可见，虽然采用chroot方法可以将应用程序限制在操作系统中文件系统的指定目录下，但是该指定目录下所有文件及子目录对该进程而言全部可见；同时应用程序只能访问该指定目录而不能访问其它目录。上述方法中所提供的文件系统服务过于简单，目前操作系统尚未很好地未上层应用程序（进程或线程）提供个性化的文件系统服务。

发明内容

本发明目的是为上层应用程序（进程或线程）提供个性化的文件系统服务，给出一种面向角色的虚拟文件系统的建立方法。

与chroot方法不同的是，本发明不是将应用程序限制在操作系统中文件系统的指定目录下，而是面向角色建立一个完全属于该角色的虚拟文件系统，称之为“角色虚拟文件系统”，该“角色虚拟文件系统”由分散在操作系统中全局文件系统的多个目录在逻辑上组成一个完整的虚拟文件系统；应用程序运行时必须获得某个角色身份，从而该应用程序所能访问的文件系统为该应用程序所拥有的角色所对应的“角色虚拟文件系统”。

1.一种面向角色的虚拟文件系统的建立方法，所述方法包括具体步骤如下：

第1、建立基本角色的“角色虚拟文件系统”配置文件；

第2、编辑基本角色的“角色虚拟文件系统”配置文件中的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；

第3、建立复合角色的“角色虚拟文件系统”配置文件；

第4、编辑复合角色的“角色虚拟文件系统”配置文件，增加复合角色所包含的其它基本角色和复合角色；增加复合角色所排斥的其它角色；增加该复合角色自己特有的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；

第5、计算任意给定角色的“角色虚拟文件系统”时，加载给定角色的“角色虚拟文件系统”配置文件，依次递归合并给定角色所包含角色的“角色虚拟文件系统”、去除给定角色所排除角色的“角色虚拟文件系统”、以及合并给定角色自己特有的虚拟目录及文件；

第6、操作系统上应用程序需被指定角色，应用程序运行时，操作系统计算该应用程序的给定角色的“角色虚拟文件系统”并加载“角色虚拟文件系统”配置信息到内存，作为该应用程序所能访问的文件系统。

其中，

2.按照本发明提供的建立方法，所述的每个角色对应一个“角色虚拟文件系统”，每个“角色虚拟文件系统”都有一个唯一的虚拟根目录；每个“角色虚拟文件系统”有零个或者多个虚拟子目录；每个“角色虚拟文件系统”有零个或者多个虚拟文件；每个角色只能访问对应的“角色虚拟文件系统”中的目录和文件。

3.按照本发明提供的建立方法，所述的每个“角色虚拟文件系统”对应有一个“角色虚拟文件系统配置文件”，每个“角色虚拟文件系统配置文件”中给定虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；角色的“角色虚拟文件系统”的虚拟根目录为“角色虚拟文件系统”中所有一级虚拟子目录、一级虚拟文件和“角色虚拟文件系统配置文件”中给定映射关系的虚拟根目录的对应操作系统中全局文件系统映射目录下一级子目录及文件的并集。

4.按照本发明提供的建立方法，所述的角色分为基本角色和复合角色；复合角色包含若干基本角色和复合角色，或者包含若干待排除的角色。

5.按照本发明提供的建立方法，所述的复合角色对应的“角色虚拟文件系统”为该复合角色所包含若干个基本角色和复合角色对应的“角色虚拟文件系统”的合并；以及该复合角色所排除若干个基本角色和复合角色对应的“角色虚拟文件系统”的去除；以及与该复合角色自己特有的虚拟目录及文件的合并。

6.按照本发明提供的建立方法，所述的映射关系指明了“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统的目录及文件（称为映射目录及文件）的对应关系，基本信息包括由虚拟目录及文件和映射目录及文件组成的二元组。。

7.按照本发明提供的建立方法，所述的权限关系指明了以该角色访问“角色虚拟文件系统”中某个虚拟目录及文件的权限，权限关系包括只读(R)、写(W)、执行(X)、查找(S)的组合。

8.按照本发明提供的建立方法，所述的扩展访问规则指明了以该角色访问“角色虚拟文件系统”中特定虚拟目录及文件的限制，扩展访问规则包括能访问的具体文件和目录、不能访问的具体文件和目录基本规则；扩展访问规则支持正则表达式，扩展访问规则为空时标明对特定目录和特定文件无限制。

9.按照本发明提供的建立方法，所述的应用程序运行前、运行过程中指定角色时，操作系统计算给该应用程序所被指定角色的“角色虚拟文件系统”，从而操作系统加载该指定角色的“角色虚拟文件系统配置文件”的信息到内存，操作系统进一步将该“角色虚拟文件系统”设定为该应用程序的“角色虚拟文件系统”；应用程序对虚拟目录及文件进行I/O操作时，操作系统根据该应用程序的“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统映射关系将该应用程序对虚拟目录及文件进行的I/O操作转换为对操作系统中全局文件系统的对应目录及文件的I/O操作。

应用程序所对应的角色，或者由配置文件所设定角色，或者应用程序运行过程中任意时刻动态指定角色。应用程序运行前需要由操作系统计算给该指定角色的“角色虚拟文件系统”；当应用程序运行过程中任意时刻动态指定角色，操作系统需要重新动态计算给该指定角色的“角色虚拟文件系统”。

应用程序对目录及文件进行I/O操作，指打开、关闭、读、写、创建、删除、获取属性、设定属性等文件系统所支持的I/O操作；应用程序对目录及文件进行I/O操作就是对应用程序所对应的角色的“角色虚拟文件系统”中的虚拟目录及文件进行I/O操作。

当应用程序对目录及文件进行I/O操作时，操作系统根据该应用程序的“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统映射关系，找到虚拟目录及文件所对应的操作系统中全局文件系统中对应的真实目录及文件，并由操作系统将该应用程序对虚拟目录及文件进行的I/O操作转换为对操作系统中全局文件系统的对应真实目录及文件的I/O操作。

操作系统所承担的上述计算任务时，或者由操作系统内核中的虚拟文件系统框架（例如VFS）来完成；或者由操作系统内核外用户态下的虚拟文件系统框架（例如FUSE）来完成；或者在操作系统内核外和上层应用程序下的中间运行库中来完成。

本发明的优点和积极效果：

本发明建立的面向角色虚拟文件系统，复合角色可以包含若干基本角色和其它复合角色，从而可在操作系统中全局文件系统上建立任意复杂的虚拟文件系统。本发明角色虚拟文件系统方式为上层应用程序（进程或线程）提供个性化的文件系统服务，并且能很好地为上层应用程序（进程或线程）之间提供虚拟文件系统隔离，从而能够有效提高操作系统的安全性，限制恶意应用程序（进程或线程）对操作系统中文件系统的破坏力。

附图说明

图1是本发明中角色虚拟文件系统与操作系统中全局文件系统的对应关系示意图。

图2是本发明中R_soft角色虚拟文件系统配置文件实例示意图。

图3是本发明中R_app1角色虚拟文件系统配置文件实例示意图。

图4是本发明中R_lib角色虚拟文件系统配置文件实例示意图。

图5是本发明中R_u1角色虚拟文件系统配置文件实例示意图。

图6是本发明中R_u1角色虚拟文件系统在内存中配置信息实例示意图。

图7是本发明基于操作系统内核态下虚拟文件系统框架下的角色虚拟文件系统实现架构示意图。

图8是本发明基于操作系统用户态下虚拟文件系统框架下的角色虚拟文件系统实现架构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的面向角色的虚拟文件系统的建立方法，具体步骤如下：

第1、建立基本角色的“角色虚拟文件系统”配置文件100；

第2、编辑基本角色的“角色虚拟文件系统”配置文件100中的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统200的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；

第3、建立复合角色的“角色虚拟文件系统”配置文件100；

第4、编辑复合角色的“角色虚拟文件系统”配置文件100，增加复合角色所包含的其它基本角色和复合角色；增加复合角色所排斥的其它角色；增加该复合角色自己特有的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；

第5、计算任意给定角色的“角色虚拟文件系统”300时，加载给定角色的“角色虚拟文件系统”配置文件100，依次递归合并给定角色所包含角色的“角色虚拟文件系统”300、去除给定角色所排除角色的“角色虚拟文件系统”300、以及合并给定角色自己特有的虚拟目录及文件；

第6、操作系统上应用程序需被指定角色，应用程序运行时，操作系统计算该应用程序的给定角色的“角色虚拟文件系统”300并加载“角色虚拟文件系统”配置信息到内存，作为该应用程序所能访问的文件系统。

为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下应用实例，并配合附图详细说明如下：

如图2所示，角色R_soft的虚拟文件系统的虚拟目录/soft为操作系统上全局文件系统的/opt/soft目录，且只有读的权限。角色R_soft的虚拟文件系统的虚拟根目录下只有一个目录文件即soft。

如图3所示，角色R_app1的虚拟文件系统的虚拟目录/app1为操作系统上全局文件系统的/bin/app1目录，且只有对以app1为文件名首字符串的文件具有读和执行的权限；角色R_app1的虚拟目录/tmp，对应操作系统上全局文件系统的/tmp/app1目录，具有读写权利。角色R_app1的虚拟文件系统的虚拟根目录下有2个目录文件即app1和tmp。

如图4所示，角色R_lib的虚拟文件系统的虚拟目录/lib为操作系统上全局文件系统的/opt/lib目录，且只对*.so文件具有读的权限。角色R_lib的虚拟文件系统的虚拟根目录下只有一个目录文件即lib。

如图5所示，角色R_u1的虚拟文件系统的配置文件中指定虚拟根目录/为操作系统上全局文件系统的/home/u1目录，且只有读写的权限；虚拟目录/tmp为操作系统上全局文件系统的/tmp/u1目录，对*.odt文件具有读写的权限；虚拟文件/file1为操作系统上全局文件系统的/opt/file文件，对该文件具有读写的权限。角色R_u1又包含R_soft,R_lib,R_app1角色，因此角色R_u1的虚拟文件系统还包括了上述三个角色的虚拟文件系统，即/soft,/app1,/tmp,/lib；同时角色R_u1又排除了R_app1角色虚拟文件系统的/tmp目录，因此角色R_u1虚拟文件系统中实际的/tmp为操作系统上全局文件系统的/tmp/u1目录。角色R_u1的虚拟文件系统的虚拟根目录实际为soft、app1、tmp、lib、file1和操作系统上全局文件系统的/home/u1目录下一级子目录及文件的并集。

应用程序运行前、运行过程中指定角色时，操作系统计算给该指定角色的“角色虚拟文件系统”，从而操作系统加载该指定角色的“角色虚拟文件系统”配置信息到内存，操作系统进一步将该“角色虚拟文件系统”设定为该应用程序的“角色虚拟文件系统”。如图6所示，角色R_u1的虚拟文件系统在内存中配置信息的一种方式，包括角色R_u1的各个虚拟目录及文件所对应的操作系统中全局文件系统中真实目录及文件映射关系和权限关系及扩展访问规则。也可以直接采用如图1所示方式将角色R_u1的虚拟文件系统的配置信息加载到内存中。

应用程序对虚拟目录及文件进行I/O操作时，操作系统根据该应用程序的“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统映射关系将该应用程序对虚拟目录及文件进行的I/O操作转换为对操作系统中全局文件系统的对应目录及文件的I/O操作。

应用程序对目录及文件进行I/O操作，指打开、关闭、读、写、创建、删除、获取属性、设定属性等文件系统所支持的I/O操作；应用程序对目录及文件进行I/O操作就是对应用程序所对应的角色的“角色虚拟文件系统”中的虚拟目录及文件进行I/O操作；当应用程序对目录及文件进行I/O操作时，操作系统根据该应用程序的“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统映射关系，找到虚拟目录及文件所对应的操作系统中全局文件系统中对应的真实目录及文件，并由操作系统将该应用程序对虚拟目录及文件进行的I/O操作转换为对操作系统中全局文件系统的对应真实目录及文件的I/O操作。

具体到本实例中，如图6所示，若应用程序所对应的角色为R_u1，当应用程序读/soft文件时，事实上由操作系统将虚拟文件/soft转换为操作系统中全局文件系统中的/opt/soft文件的读操作，这个过程对于上层的应用程序是透明的。

应用程序所对应的角色，或者由配置文件所设定角色，或者应用程序运行过程中任意时刻动态指定角色。应用程序运行前需要由操作系统计算给该指定角色的“角色虚拟文件系统”；当应用程序运行过程中任意时刻动态指定角色，操作系统需要重新动态计算给该指定角色的“角色虚拟文件系统”并更新到内存中，如图6所示。

操作系统所承担的上述计算任务时，或者由操作系统内核态中的虚拟文件系统框架（例如VFS）来完成，如图7；或者由操作系统内核外用户态下的虚拟文件系统框架（例如FUSE）来完成，如图8；或者在操作系统内核外和上层应用程序下的中间运行库中来完成。

考虑到在此公开的对本发明的描述和特例的实施例，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员来说是显而意见的。这些说明和实施例仅作为例子来考虑，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种面向角色的虚拟文件系统构建方法，其特征在于，所述方法包括具体步骤如下：

第1、建立基本角色的“角色虚拟文件系统配置文件”；

第2、编辑基本角色的“角色虚拟文件系统配置文件”中的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；

第3、建立复合角色的“角色虚拟文件系统配置文件”；

第4、编辑复合角色的“角色虚拟文件系统配置文件”，增加复合角色所包含的其它基本角色和复合角色；增加复合角色所排斥的其它角色；增加该复合角色自己特有的虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；所述的映射关系指明了“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统的目录及文件的对应关系，所述的映射关系包含的基本信息包括由“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统的映射目录及文件组成的二元组；所述的扩展访问规则指明了以该角色访问“角色虚拟文件系统”中特定虚拟目录及文件的限制，扩展访问规则包括能访问的具体文件和目录、不能访问的具体文件和目录基本规则；扩展访问规则支持正则表达式，扩展访问规则为空时标明对特定目录和特定文件无限制；

第5、计算任意给定角色的“角色虚拟文件系统”时，加载给定角色的“角色虚拟文件系统配置文件”，依次递归合并给定角色所包含角色的“角色虚拟文件系统”、去除给定角色所排除角色的“角色虚拟文件系统”、以及合并给定角色自己特有的虚拟目录及文件；

第6、操作系统上应用程序需被指定角色，应用程序运行时，操作系统计算该应用程序的给定角色的“角色虚拟文件系统”并加载“角色虚拟文件系统”配置信息到内存，作为该应用程序所能访问的文件系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个角色对应一个“角色虚拟文件系统”，每个“角色虚拟文件系统”都有一个唯一的虚拟根目录；每个“角色虚拟文件系统”有零个或者多个虚拟子目录；每个“角色虚拟文件系统”有零个或者多个虚拟文件；每个角色只能访问对应的“角色虚拟文件系统”中的目录和文件。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个“角色虚拟文件系统”对应有一个“角色虚拟文件系统配置文件”，每个“角色虚拟文件系统配置文件”中给定虚拟目录及文件与操作系统中全局文件系统的映射关系、权限关系以及扩展访问规则；角色的“角色虚拟文件系统”的虚拟根目录为“角色虚拟文件系统”中所有一级虚拟子目录、一级虚拟文件和“角色虚拟文件系统配置文件”中给定映射关系的虚拟根目录的对应操作系统中全局文件系统映射目录下一级子目录及文件的并集。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，角色分为基本角色和复合角色；复合角色包含若干基本角色和复合角色，或者包含若干待排除的角色。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，复合角色对应的“角色虚拟文件系统”为该复合角色所包含若干个基本角色和复合角色对应的“角色虚拟文件系统”的合并；以及该复合角色所排除若干个基本角色和复合角色对应的“角色虚拟文件系统”的去除；以及与该复合角色自己特有的虚拟目录及文件的合并。

6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，权限关系指明了以该角色访问“角色虚拟文件系统”中某个虚拟目录及文件的权限，权限关系包括只读(R)、写(W)、执行(X)、查找(S)的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用程序运行前、运行过程中指定角色时，操作系统计算该应用程序的指定角色的“角色虚拟文件系统”，从而操作系统加载该指定角色的“角色虚拟文件系统配置文件”的信息到内存，操作系统进一步将该“角色虚拟文件系统”设定为该应用程序的“角色虚拟文件系统”；应用程序对虚拟目录及文件进行I/O操作时，操作系统根据该应用程序的“角色虚拟文件系统”中虚拟目录及文件和操作系统中全局文件系统映射关系将该应用程序对虚拟目录及文件进行的I/O操作转换为对操作系统中全局文件系统的对应目录及文件的I/O操作。