Analyzing the Effects of Disk- Pointer Corruption João Dias e João Isento

Transcrição

1 Analyzing the Effects f Disk- Pinter Crruptin Jã Dias e Jã Isent

2 Estrutura da Apresentaçã Intrduçã; Sistemas de Ficheirs; Mtivações; Type-Aware Pint Crruptin; Resultads; Cnclusões

3 Intrduçã A dispnibilidade a lng praz de dads armazenads num sistema infrmátic depende de quã esses sistema salvaguarda s caminhs de acess a esses dads, ist é, apntadres. Infelizmente, estes apntadres estã susceptíveis a ficarem crrupts pr várias razões: Cntrladres de disc; Falhas de transprte; Bugs de Sistema;

4 Intrduçã (Cnt.) Hje s Sistemas de Ficheirs usam várias técnicas de prtecçã cntra a crrupçã destes apntadres. ReiserFS; JFS; Windws NTFS; FAT; HFS; UFS; Veritas File System; ZFS;

5 Sistemas de Ficheirs Um sistema de ficheirs é um cnjunt de estruturas lógicas e de rtinas, que permitem a sistema perativ cntrlar acess a disc rígid. Realiza algumas verificações tais cm: type checking, ist é, garante que blc que está a ser lid cntém tip de dads esperad; sanity checking que verifica que valres particulares nas estruturas de dads seguem certas restrições. Para a recuperaçã de falhas, alguns sistemas, cm NTFS, replicam as estruturas de dads chave, pssibilitand a recuperaçã dessas estruturas.

6 Sistemas de Ficheirs - NTFS O NTFS (New Technlgy File System) é sistema de arquivs standard para Windws NT e seus derivads (2000, XP, Vista, 7,Server e 2008); Desenvlvid para superar as limitações d sistema FAT, utiliza algumas estruturas em 64 bits (p.ex., para endereçament de blcs clusters); A NTFS surgiu cm frma de garantir um nível de segurança mair permitind prteger arquivs que estã a ser executads pel sistema, e também para prmver permissões de acess cnfrme a ACL d Windws.

7 Mtivaçã A crrupçã ds discs tem rigem na pilha de armazenament; Pdem ser prvcads: Sistemas de ficheirs; Firmware ds discs; Cmpnentes eléctrics, mecânics d disc; Drivers ds dispsitivs; Cntrladr de bus; Bugs de Sftware Layer de Transprte;

8 Mtivaçã (Cnt.) Drivers ds dispsitivs: Pdem escnder dads crrmpids que sã escrits directamente para um lcal errad, u pdem infrmar que s dads fram escrits quand na verdade nã fram; Cntrladr de Bus: Pdem indicar incrrectamente que s pedids feits a disc estã cmplets u até mesm trcar s bits de estad ds dads; Bugs de Sftware Pdem fazer cm que sistema de ficheirs escreva s dads de frma incrrecta para disc;

9 Mtivaçã (Cnt.) Num estud envlvend 1.53 milhões de discs, fi cncluíd que 0,66% d drivers SATA e 0,06% ds drivers FC desenvlvem crrupções de disc a fim de 17 meses de us.

10 Mtivaçã (Cnt.) Algumas crrupções de disc prvcam mais dans que utras; Se um blc de dads de um ficheir está crrmpid, apenas a aplicaçã que lê esse ficheir é atingida; Se um blc de disc que pertence a sistema de ficheirs está crrmpid, entã td sistema de ficheirs pde ser afectad; Se um sectr de bt está crrmpid, entã sistema de ficheirs pde nã ser mntad; Pr utr lad, se um apntadr crrmpid se refere a dads que pertencem a uma estrutura de dads diferente daquela que querems, faz cm que esses mesm dads sejam reescrits e pssam ficar crrmpids;

11 Type-Aware Pinter Crruptin (TAPC) O estud da crrupçã ds apntadres ds discs é difícil pis é impssível crrmper tds s pnts d disc para tds s valres pssíveis num espaç de temp cnsiderad razável; Para reslver esta dificuldade fi criad uma nva técnica de injecçã de falhas denminada Type- Aware Pinter Crruptin (TAPC)

12 TAPC (Cnt.) Reduz espaç de explraçã, assumind que cmprtament d sistema depende de apenas de dis tips: O tip de apntadr que está crrmpid; O tip de blc para que apntadr faz referência depis de crrmpid; Cm esta técnica é pssível cbrir a mair parte ds cass de interesse n espaç de explraçã;

13 TAPC - Terminlgias Cntainer: É blc d disc em que apntadr d disc se encntra. Para crrmper apntadr é necessári mdificar s cnteúds d cntainer; Target Original: É blc d disc para qual apntadr d disc deve apntar. Ist é, é blc d disc apntad quand nã existe crrupçã; Target Crrupt: É blc d disc que está a ser apntad pr um apntadr crrmpid;

14 TAPC Crruptin Framewrk Fi desenvlvida para executar sem a necessidade de um códig fnte de um sistema de ficheirs; Cnsiste numa crrupter layer que injecta crrupçã ns apntadres e ainda num equipament de teste que cntrla a experiência; Esta layer fi implementada usand uma uma driver de filtr Windws para NTFS e um pseuddispsitiv para Ext3;

15 Crruptin Framewrk (Funcinament) A Layer crrmpe s apntadres d disc e bserva tráfeg d disc; Pr sua vez crrupter tem cnheciment d sistema de ficheirs; Pr fim, equipament de teste executa as perações d file system e cntrla crrupter;

16 Crruptin Framewrk (Exemplificaçã) O equipament de teste cria um sistema de ficheirs cm pucs ficheirs e directrias; De seguida, dá instruções a crrupter para crrmper um determinad apntadr cm um valr específic e executa as perações sbre ficheir, para verificar cmprtament d apntadr em estud NTFS -> CreateFile, munt Ext3 -> creat, munt

17 Crruptin Framewrk (Exemplificaçã) Depis sã executadas as perações sbre ficheir pr um utilizadr cm permissões limitadas; Leitura; É neste pnt que crrupter intercepta acess a disc realizad pel sistema de ficheirs e prcura pedids feits a cntainer; Tds s acess a disc, chamadas a sistema que retrnam valres e lg de events d sistema sã analisads para identificar cmprtament d sistema de ficheirs;

18 Terminlgia: Resultads Detecçã: sistema de ficheirs identifica a crrupçã de um determinad apntadr; Recuperaçã: sistema de ficheirs é capaz de regenerar s dads perdids usand infrmaçã redundante e cntinua a sua execuçã sem errs; Relatóri: sistema de ficheirs infrma a aplicaçã u utilizadr que fi descbert um err; Tentar Nvamente (Retry): sistema repete cnjunt de acesss em disc necessáris para a peraçã de mntagem (munt); Reparaçã: sistema mdifica as estruturas de dads crrmpidas para cntinuar a execuçã.

19 Resultads (Cnt.) A detecçã é essencial para rest das acções crrerem. A recuperaçã é a acçã ideal que qualquer sistema pde fazer. Se esta nã fr pssível, a reparaçã é um métd alternativ para a cntinuaçã da execuçã. Se uma peraçã falhar é esperad que seja reprtad err e, se pssível, a sua causa.

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21 Detecçã N NTFS sã usads s métds de type e sanity checking para a detecçã de apntadres crrmpids. 1ª Observaçã: NTFS detecta errs primeiramente através de type checking: Fi bservad que NTFS detecta errs depis de ler Targetcrrupt para muits apntadres. Uma verificaçã de crrespndente estrutura de dads mstra que cntêm palavras chaves ( pr exempl INDX para index buffers) que indetificam um blc cm um cert tip de dads.

22 Detecçã (Cnt.) O type checking é muit útil para a detecçã de apntadres crrmpids. Cntud, sistemas que utilizam este métd nã devem sbrecarregar s tips de dads. Nã é detectad nenhum err quand um pnteir de index buffer(rtindxbuf, SDH, SII, u DirIndxBuf) apnta para index errad. Neste cas, tip INDX é sbrecarregad; é usad para representar diferentes estruturas usads para diferentes finalidades. Prtant, a nã detecçã deste err leva a futurs errs causads pel NTFS.

23 Detecçã (Cnt.) O type checking nã funcina para tds s apntadres. Prtant sanity checking deve ser realizad. O type check nã é útil para apntadres cm FileData, umavez que nã é pssível identificar tip de dads cncret. Nestes cass, sanity checking assume grande imprtância. É de salientar que nem td cmprtament d NTFS pde ser explicad através destes dis métds de verificaçã.

24 Reações O NTFS reage de diferentes maneiras quand detecta um err: pde recuperar da crrupçã, infrmar err à aplicaçã, tenta nvamente, u tenta reparar s dads. 2ª Obsevaçã: Tipicamente, é usada a replicaçã para a recuperaçã de apntadres crrmpids. N entant, NTFS nã reescreve apntadr crrmpid cm valr crrect, lg, é uma recuperaçã temprária. É necessári a mesma recuperaçã para cada mntagem d sistema. Apenas quand crre um valr ut-f-bunds d apntadr é feita a recuperaçã permanente d apntadr.

25 Reações 3ª Observaçã: Usa a infrmaçã de err quand nã é capaz de recuperar. Para um subcnjunt de cass, O NTFS tenta nvamente a peraçã de mntagem, talvez esperand que a crrupçã seja temprária e que a mntagem seja bem sucedida a segunda vez. ARMADILHA 1: Detecçã que alv d apntadr está crrmpid em vez da detecçã da crrupçã d apntadr. O sistema NTFS cnfia que apntadr é que está crrect, enquant que nã cnfia ns dads alv. Prtant, a tentativa de reparar um aparente alv crrmpid causa mair dan que a própria crrupçã d apntadr. Em geral, bservu-se que ist acntece em muitas instancias nde NTFS nã detecta qualquer err u detecta mas nã recupera dele. ARMADILHA 2: Gestã de réplicas ineficaz: a) Nã utilizaçã das réplicas quand dispníveis; b) Destruiçã das réplicas secundárias sem a verificaçã das principais; c) Nã utilizaçã de caminhs de acess independentes para as réplicas.

26 Resultads Visíveis as Utilizadres O Sistema trabalha crrectamente quand recupera duma crrupçã Ist em 61 cenáris (17%). Nutrs 10, apesar de nã recuperar, nã causu prblemas. O resultad mais frequente é a impssibilidade da mntagem d sistema de ficheirs Acntece em 133 cenáris (37%). Outrs resultads incluem: a) Perda de dads: 102 cenáris(28%); b) Falha da mair parte das perações de ficheirs: 127 cenáris(35%); c) Dads d utilizadr crrmpids : 8 cenáris (2%). Apntadres crrmpids e nã detectads pde cmprmeter a segurança da infrmaçã. Em 22 cass, estes apntadres causaram crash de td sistema. Mas dependend ds valres exacts presentes num blc, pde prvcar tant crash d sistema cm a perda de dads.

27 Resultads Ext3 Cntrariamente a NTFS, este sistema baseia-se mais em sanity checks d que em type checks; Assume tipicamente que s dads alvs sã aqueles que estã crrmpids, tal cm n NTFS; Apesar d Ext3 criar réplicas, estas nunca sã utilizadas mesm quand acntece alguma detecçã de err; A reacçã típica deste sistema é reprtar err a utilizadr e remntar sistema em md de leitura. O Ext3 nã recuperu de uma única situaçã de crrupçã;

28 Cnclusões Os sistemas de ficheirs têm cm base apntadres para aceder as dads d disc; À medida que vã send desenvlvidas nvas técnicas para prteger cntra a crrupçã ds apntadres, será necessári perceber cmprtament e desempenh destas na realidade; Num futur próxim s sistemas de ficheirs serã mais cuidadss na implementaçã de técnicas para evitar a crrupçã ds apntadres;

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