Разработка компонентного базового программно-инструментального средства для построения антивирусных программных комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Нечаев, Павел Дмитриевич

• Нечаев, Павел Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нечаев, Павел Дмитриевич

Введение.

Глава 1. Анализ потребностей антивирусных программных комплексов и существующих инструментальных средств.

1.1. Компонентный подход при построении программ.

1.1.1. Комгюнентная модель COM (Component Object Model).

1.1.2. Компонентная модель CORBA (Common Object Request Broker Architecture).

1.2. Недостатки существующих технологий и средств. Постановка задачи

1.2.1. Требования к компонентной модели и их обоснования.

1.2.2. Требования к инструментам обработки данных.

1.3. Выводы по главе 1.

Глава 2. Архитектура компонентного программно-инструментального средства.

2.1. Расширение компонентной технологии СОМ.

2.2. Структура модуля.

2.3. Структура класса.

2.4. Подсистема регистрации модулей и обеспечение «горячей» замены.

2.5. Механизм сообщений.

2.6. Сравнение функциональности расширенной и существующих компонентных технологий.

2.7. Средства представления и преобразования структурированных, потоковых, контейнерных и строковых данных.

2.8. Выводы по главе 2.

Глава 3. Программно-инструментальные средства поддержки разработанных технологических решений.

3.1. Программный инструментарий для создания модуля.

3.2. Загрузчик операционно-независимых модулей.

3.3. Форматные объекты представления данных.

3.4. Интерфейс перебора иерархичных именованных объектов.

3.5. Интерфейс потокового ввода-вывода.

3.6. Инструмент для манипуляции строковыми данными.

3.7. Тестирование производительности и ресурсоёмкости разработанной компонентной модели.

3.8. Выводы по главе 3.

Глава 4. Внедрение разработанных программно-инструментальных средств в промышленное производство и методика их применения.

4.1. Внедрение разработанной расширенной компонентной технологии.

4.1.1. Применение предложенного подхода создания экземпляров на сторонней памяти.

4.1.2. Применение разработанного подхода операционной независимости компонент.

4.1.3. Применение замены модулей в реальном времени.

4.1.4. Применение возможности иерархии объектов.

4.2. Внедрение разработанных инструментов обработки данных.

4.2.1. Применение форматных объектов представления данных.

4.2.2. Использование интерфейса перебора иерархичных именованных объектов.

4.2.3. Использование интерфейса потокового ввода-вывода.

4.2.4. Применение инструмента для манипуляции строковыми данными.

4.3. Функциональность реализованного комплекса.

4.4. Сравнение ресурсных характеристик разработанного антивирусного комплекса с аналогичными продуктами других производителей.

4.5. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка компонентного базового программно-инструментального средства для построения антивирусных программных комплексов»

Актуальность проблемы. Важнейшими особенностями при разработке антивирусных программных комплексов являются повышенные требования к производительности, высокой скорости работы, минимальным требованиям к системным ресурсам, поскольку комплексы работают в фоновом режиме и не должны препятствовать выполнению целевых задач на компьютере.

Антивирусный комплекс должен иметь возможность обрабатывать большое количество типов данных. Обработка должна производиться как можно быстрее, поскольку скорость важна как для системы в целом (поскольку она не должна мешать основной работе вычислительной системы), так и для скорости обнаружения вредоносного кода, поскольку, при малейшем промедлении последствия могут носить тяжелый характер, как в ресурсном, так и в финансовом аспектах. Особенно это важно при антивирусном анализе на серверах сетевых шлюзов, поскольку нагрузка по обработке данных на них очень велика и малейшее увеличение производительности играет важную роль.

Ни одна из существующих реализаций компонентных технологий, а также доступных средств обработки информации различного типа, не позволяют решить в полной мере все задачи инструментального средства, необходимого для построения антивирусных комплексов и отвечающего критериям высокой скорости и низкой ресурсоемкости, предъявляемым при разработке антивирусной защиты.

В связи с вышеперечисленными проблемами, встала задача создания специального программно-инструментального комплекса, использующего компонентную технологию и учитывающего специфические требования к разработке и работе антивирусных комплексов.

Цель и задачи работы. Цель - создание специального программно-инструментального средства, учитывающего специфические требования к разработке и работе антивирусных комплексов.

Для достижения указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

• проведен анализ существующих компонентных технологий и инструментальных средств с точки зрения применения их для создания высокопроизводительных программных комплексов антивирусной защиты;

• сформулирован перечень требований, которым должна удовлетворять как компонентная технология, так и набор вспомогательных инструментальных средств обработки данных, специфичных для антивирусного анализа;

• разработано и реализовано расширение компонентной технологии СОМ, позволяющее повысить скорость выполнения и снизить использование системных ресурсов при работе построенных на ее основе программных комплексов;

• разработан и реализован набор вспомогательных инструментальных средств, позволяющий увеличить скорость обработки данных.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались методы объектно-ориентированного анализа, проектирования и программирования, методы тестирования программного кода, а также экспериментирование на модельных задачах.

Научная новизна. К новым результатам проведенных исследований по теме диссертации относятся:

• предложен способ увеличения скорости создания экземпляров классов компонент посредством использования сторонней предоставляемой памяти и явного указывания модуля реализации;

• предложены архитектурные расширения компонентной модели СОМ и ее программная реализация для повышения скорости работы антивирусных программных комплексов;

• создан инструментарий для разработки программ, позволяющий увеличить скорость обработки потоковых и контейнерных данных, используемых при антивирусном анализе;

• разработан и реализован механизм поддержки операционной независимости компонент, позволяющий создавать программные модули, зависящие только от архитектуры процессора.

Достоверность основных результатов подтверждается:

• сравнительным тестированием на модельных примерах производительности и объёма занимаемых ресурсов расширенной и существующих технологий;

• результатами внедрения разработанных решений в технологические процессы компании Лаборатория Касперского.

Практическая ценность. В работе:

• разработан и реализован инструментальный комплекс, поддерживающий расширенную технологию СОМ; основу составляет набор С++ классов и функций, позволяющих эффективнее использовать технологию в антивирусных программных проектах;

• созданы инструментальные средства, позволяющие увеличить скорость обработки данных, специфичных для антивирусного анализа; инструментальные средства реализованы в виде набора С++ классов, функций и компонент;

• разработаны технические средства поддержки операционной независимости компонент;

Реализация результатов работы. Расширенная компонентная технология СОМ и инструментальные средства обработки данных использованы при создании антивирусного программного комплекса Kaspersky Internet Security 6.0 компании Лаборатория Касперского, при этом продемонстрировано успешное внедрение разработанных технологических решений, подтвержденное соответствующим актом.

Апробация работы. Результаты работы докладывались: на семинаре кафедры Программного обеспечения вычислительной техники Российского государственного социального университета; на собрании кафедры Вычислительных машин систем и сетей Института автоматики и вычислительной техники; на семинаре Исследовательского центра Института программных систем РАН; на международном форуме информатизации; на XIII социологических чтениях РГСУ (г.Москва, 2006); на зимних научных чтениях факультета социологии и информационных технологий РГСУ (г.Москва, 2006); на V Международном социальном конгрессе «Социально-информационные аспекты модернизации Российского общества: инновационные подходы» (г.Москва, 2005); на IV Международном социальном конгрессе «Развитие информационных технологий в социальной сфере: проблемы и перспективы» (г.Москва, 2004); на собрании в Департаменте инновационных технологий компании Лаборатория Касперского. Антивирусный программный комплекс Kaspersky Internet Security 6.0, в котором использованы предложенные разработки, получил многочисленные награды и высокие места в тестах, проведенных различными независимыми экспертными группами.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 2 в изданиях, входящих в список рекомендованный ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем основного текста составляет 110 страниц, в том числе 7 рисунков, 2 диаграммы, 6 таблиц и 6 графиков. Список литературы состоит из 96 наименований.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Нечаев, Павел Дмитриевич

4.5. Выводы по главе 4

1. Расширенная автором компонентная технология СОМ и вспомогательные средства обработки данных внедрены в технологические процессы Лаборатории Касперского и использованы при построении антивирусного программного комплекса Kaspersky Internet Security 6.0.

2. Сравнительный анализ ресурсоемкое™, скорости работы и функциональности представленных продуктов и антивирусного комплекса Kaspersky Internet Security 6.0 показал превосходство последнего над характеристиками продуктов, разработанных конкурирующими компаниями. Наиболее значительными из них являются:

• скорость проверки;

• ресурсоемкость как на твердом носителе, так и в оперативной памяти.

• широкий спектр типов объектов проверки, причем как для анализа, так и для проведения процедуры лечения;

3. Приведены результаты тестов, проведенные независимыми экспертными группами [48]-[52], подтверждающие эффективность разработанного антивирусного комплекса.

4. Анализ аспектов применения представленных разработок демонстрируют гибкость, универсальность, скорость и ресурсоемкость средств обработки и преобразования данных.

Заключение

В работе представлен компонентный программно-инструментальный комплекс, предназначенный создания программ эффективной обработки информации при антивирусном анализе. Показано, что комплекс обладает гибкостью, более высокой скоростью работы и меньшим требованиям к ресурсам системы по сравнению с существующими технологиями СОМ и CORBA, широкой областью применения. Разработанный компонентный комплекс и набор базовых инструментальных средств удовлетворяет современным требованиям как для построения на его основе антивирусных программных комплексов, так и любого программного средства, которому необходима ресурсоемкость, гибкость компонентного подхода и скорость обработки информации, что справедливо для большинства разрабатываемых программ.

Разработанные автором предложения внедрены в технологические процессы компании Лаборатория Касперского и использованы при построении антивирусных программных комплексов Kaspersky Internet Security 6.0 и Kaspersky Anti-Virus 6.0, обладающих высокой производительностью и малым расходом ресурсов системы.

Технологические решения, реализованные в разработанном автором программно-инструментальном комплексе, представляют большую ценность, так как на сегодняшний день при разработке компонентных инструментальных средств большее внимание уделяется именно концепции и теории, и меньшее практическому применению и скорости работы созданных на их основе программных средств.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нечаев, Павел Дмитриевич, 2008 год

1. К. Смит, JL Уильяме "Эффективные решения: практическое руководство по созданию гибкого и масштабируемого программного обеспечения" - Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -448 е.: ил. - Парал. тит. англ.

2. С. Канер, Д. Фолк, Е. К. Нгуен "Тестирование программного обеспечения. Фундаментальные концепции менеджмента бизнес-приложений" Пер. с. англ. - К.: Издательство "ДиаСофт", 2001. - 544 с.

3. Р. Калбертсон, К. Браун, Г. Кобб "Быстрое тестирование" Пер. с англ. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. - 384 е.: ил. - Парал. тит. англ.

4. Э. Аллен "Типичные ошибки проектирования. Библиотека программиста" СПб.: Питер, 2003. - 224 е.: ил.

5. Фаулер М. "Рефакторинг: улучшение существующего кода" Пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс, 2005. - 432 е., ил.

6. Д. Кнут "Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск, 2-е изд" Пер. с англ.: Уч. пос. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2000. -832 е.: ил. - Парал. тит. англ.

7. Т.Кормен, Ч.Лейзерсон, Р.Ривест "Алгоритмы: построение и анализ" -М.: МЦНМО, 2000. 960 е., 263 ил.

8. Мейерс С. "Эффективное использование STL. Библиотека программиста" СПб.: Питер, 2003. - 224 е.: ил.

9. К.Ауэер, Р.Миллер "Экстремальное программирование: постановка процесса. С первых шагов и до победного конца" СПб.: Питер, 2003. -368 е.: ил. - (Серия "Библиотека программиста").

10. Ю.Бек К. "Экстремальное программирование: разработка черезтестирование. Библиотека программиста" СПб.: Питер, 2003. - 224 е.: ил.

11. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. "Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования" СПб: Питер, 2003. - 368 е.: ил. (Серия "Библиотека программиста").

12. Мейерс С. "Наиболее эффективное использование С++. 35 новых рекомендаций по улучшению ваших программ и проектов" Пер. с англ. - М.: ДМК Пресс, 2000. - 304 е.: ил. (Серия "Для программистов").

13. Г. Саттер "Решение сложных задач на С++" Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. - 475 с. ил.

14. Н.Александреску А. "Современное проектирование на С++" Пер. с англ.- М.: Издательский дом "Вильяме", 2002. 644 с. ил.

15. Элджер Дж. "С++: библиотека программиста" СПб. Питер, 2000. - 320 е.: ил.

16. Б. Страуструп "Язык программирования С++. Специальное издание" -Пер. с англ. М.: ООО "Бином-Пресс", 2004. - 1104 е.: ил.

17. Christoph Wille "Presenting С++" Sams Publishing, 2000. - 204 с.

18. Деннинг A. "ActiveX для профессионалов" СПб.: Питер, 1998. - 624 е.: ил.

19. Чеппел Д. "Технологии ActiveX и OLE" Пер. с англ. М.: Русская редакция, 1997. - 320 с.

20. Роджерсон Д. "Основы СОМ" Пер. с англ. - М.: Русская редакция, 1997.-376 с.

21. Трельсен Э. Модель СОМ и применение ATL 3.0: Пер. с англ. СПб.: BHV, 2000.-928 с.

22. Пуха Ю. "Объектные технологии построения распределенных информационных систем" Журнал - Системы Управления Базами Данных, 1997 - №3 - С. 4-20.

23. Пуха Ю. "CORBA/IIOP и Java RMI. Основные возможности в сравнении" Журнал - Системы Управления Базами Данных, 1997 - №4- С. 24-36.

24. Аншина М. "Симфония CORBA" Эл. ресурс - Открытые системы,1998. http://www.osp.ru/text/302/179518.25."Common Object Request Broker Architecture (CORBA), v3.0" Эл. ресурс - The Object Management Group (OMG) -http://www.omg.org/docs/formal/02-06-37.pdf

25. Орлик С. "В ожидании CORBA 3.0" Эл. ресурс - Открытые системы,1999. http://www.osp.ru/text/302/179690.

26. Рамодин Д. "Лидеры CORBA" Эл. ресурс - Мир ПК, 1999. -http://old.osp.ru/pcworld/1999/01/48.htm.28."ZeroC The Internet Communications Engine (Ice)" - Эл. ресурс -http://www.zeroc.com.

27. Д. Эйнджел "Промежуточное программное обеспечение" Эл. ресурс -LAN, 1999 - http://text.marsu.ru/osp/lan/1999/ll/013.htm.

28. Цимбал А. "Сравнительный анализ технологий CORBA и СОМ" Эл. ресурс - "Interface Ltd", 2000http://www.interface.ru/fset.asp?Url=/borland/corbacom.htm.

29. Дубова Н. "СОМ или CORBA? Вот в чем вопрос" Эл. ресурс -Открытые системы, 1999. - http://www.osp.ru/text/302/179742.

30. Керниган Б.В., Пайк P. "UNIX универсальная среда программирования" - Пер. с англ.; Предисл. М.И.Белякова. - М.: Финансы и статистика, 1992. - 304 е., ил.

31. Maurice J. Bach "Архитектура операционной системы UNIX" Эл. ресурс - OpenNet, 1996 - http://www.opennet.ru/docs/RUS/unix.

32. Фролов А.В., Фролов Г.В. "Microsoft Visual С++ и MFC. Программирование для Windows 95 и Windows NT" М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1996. - 288 е.: - (Библиотека системного программиста; Т.24).

33. Gary Nebbet "Windows NT/2000 Native API Reference" MTP 2000. - 496c.

34. Зб.Фролов А.В., Фролов Г.В. "Программирование для Windows NT: 4.2" -М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997. 271 е.: - (Библиотека системного программиста; Т.27).

35. Jeffrey Richter "Advanced Windows: The Developer's Guide to the Win32 API for Windows NT 3.5 and Windwos 95" Microsoft Press, 1995. - 930 c.

36. Jeffrey Richter, Jonathan Locke "Windows 95. F Developer's Guide" M&T Books, 1995. - 619c.

37. Шрайбер С. "Недокументированные возможности Windows 2000. Библиотека программиста" СПб.: Питер, 2002. - 544 е.: ил.

38. Walter Oney "System Programming for Windows 95" Microsoft Press, 1996.-715 c.

39. Д. Рихтер "Windows для профессионалов (программирование в Win32 API для Windows NT 3.5 и Windows 95)" Пер. с англ. - М.: Издательский отдел "Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd", 1995.-720 е.: ил.

40. Румянцев П.В. "Азбука программирования в Win32 API" М.: Радио и связь, 1998. - 272 е.: ил.

41. Richard Gerber "The Software Optimization Cookbook: High-perfomance Recipes for the Intel Architecture" Intel Press, 2002. - 279 c.

42. Гук M. "Процессоры Intel: от 8086 до Pentium И" СПб.: Питер, 1998. -224с., ил.

43. Фролов А.В., Фролов Г.В. "Защищенный режим процессоров Intel 80286, 80386, 80486. Практическое руководство по использованию защищенного режима" М.: "ДИАЛОГ-МИФИ", 1993 - 240 с. -(Библиотека системного программиста; Т.6).

44. Бердышев Е: "Технология ММХ. Новые возможности процессоров Р5 и Р6" М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1998. - 234 с.

45. Эндрю Троелсен "С# и платформа .NET. Библиотека программиста" -СПб.: Питер, 2007. 796 е.: ил.

46. Кристиансен Т., Торкинггон Н. "Perl: библиотека программиста" СПб.: Питер, 2001. - 736 е.: ил.

47. Матросов A.B., Чаунин М.П. "Самоучитель Perl" СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 432 е.: ил.

48. Буч Г., Якобсон А., Рамбо Дж. "UML. Классика CS. 2-е изд." Пер. с англ.; Под общей редакцией проф. С. Орлова - СПб.: Питер, 2006. - 736 е.: ил.

49. Басс Д., Клементе П., Кацман Р. "Архитектура программного обеспечения на практике. 2-е издание" СПб.: Питер, 2006. - 575 е.: ил.

50. Уилсон М. "Расширение библиотеки STL для С-Н-. Наборы и итераторы" СПб.: ДМК пресс, 2008. - 608 е.: ил.

51. Магда Ю. "Ассемблер. Разработка и оптимизация Windows-приложений" СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 540 е.: ил.

52. A. П. Побегайло "Системное программирование в Windows" СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 1056 е.: ил.

53. Джонсон М. Харт "Системное программирование в среде Windows. Третье издание" Вильяме, 2005. - 592 е.: ил.

54. Клименко Р. "Большая книга Windows Vista. Для профессионалов" -СПб.: Питер, 2009. 688 е.: ил.

55. М. Руссинович, Д. Соломон "Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP, Windows 2000. Мастер-класс. Четвертое издание" СПб.: Питер, Русская Редакция, 2005. - 992 е.: ил.

56. Кокорева О. "Реестр Windows ХР" СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 548 е.: ил.

57. Столлингс В. "Операционные системы" Вильяме, 2004. - 848 е.: ил.

58. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн К. "Алгоритмы. Построение и анализ. Издание 2-е" Вильяме, 2007. - 1296 е.: ил.

59. И. Бабушкина, С. Окулов "Практикум по объектно-ориентированному программированию" Бином. Лаборатория знаний, 2004. - 368 е.: ил.69,Одинцов И. "Профессиональное программирование. Системный подход" СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 624 е.: ил.

60. Керниган Б., Пайк Р. "Практика программирования" Вильяме, 2004. -288 е.: ил.

61. Э. Хант, Д. Томас "Программист-прагматик. Путь от подмастерья к мастеру" Лори, Питер Пресс, 2007. - 288 е.: ил.

62. Гецци К., Джазайери М., Мандриоли Д. "Основы инженерии програмного обеспечения" СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 832 е.: ил.: ил.

63. С. В. Назаров "Операционные среды, системы и оболочки. Основы структурной и функциональной организации" КУДИЦ-Пресс, 2007. -504 е.: ил.

64. Бэкон Д., Харрис Т. "Операционные системы. Параллельные и распределенные системы" СПб.: Питер, Издательская группа BHV, 2004. - 800 е.: ил.

65. Хемди А.Таха "Введение в исследование операций" Вильяме, 2007. -912 е.: ил.

66. К. Чарнецки, У. Айзенекер "Порождающее программирование. Методы, инструменты, применение. Для профессионалов" СПб.: Питер, 2005. -736 е.: ил.

67. С. Окулов "Программирование в алгоритмах" Бином. Лаборатория знаний, 2004. - 344 е.: ил.

68. Бентли Д. "Жемчужины программирования" СПб.: Питер, 2002. - 272 е.: ил.

69. С. Макконнелл "Совершенный код" Питер, 2007. - 896 е.: ил.

70. Эрик С. Реймонд "Искусство программирования для Unix" Вильяме,2005. 544 е.: ил.

71. Бек К., ФаулерМ. "Экстремальное программирование: планирование" -СПб.: Питер, 2003. 144 е.: ил.

72. Кериевски Д. "Рефакторинг с использованием шаблонов" Вильяме,2006. 400 е.: ил.

73. А. Ю. Крупский, JI. А. Феоктистова "Разработка и стандартизация программных средств" Дашков и Ко, 2008. - 100 е.: ил.

74. Макконнелл С. "Профессиональная разработка программного обеспечения" Символ-Плюс, 2007. - 240 е.: ил.

75. К. Ю. Богачев "Основы параллельного программирования" Бином. Лаборатория знаний, 2003. - 344 е.: ил.

76. Орлов С.А. "Технологии разработки программного обеспечения:

77. Разработка сложных программных систем Изд. 3-е" СПб.: Питер, 2004. 527 е.: ил.

78. Л. Константайн, Л. Локвуд "Разработка программного обеспечения" -СПб.: Питер, 2004. 592 е.: ил.

79. И. И. Попов, Т. Л. Партыка "Операционные системы, среды и оболочки" Форум, Инфра-М, 2006. - 400 е.: ил.

80. Нечаев П.Д. "Компонентная модель на основе оптимизации и расширения СОМ" "Программные продукты и системы", №1 -журнал. - Тверь: НТП "Фактор", 2008. - 48 с. - С: 37-39.

81. Нечаев П.Д. "Оптимизация интерфейса потокового ввода-вывода Шгеат в СОМ" "Ученые записки", №5 - М.: Издательство РГСУ "Союз", 2008. - 196 с. - С: 98-100.

82. Нечаев П.Д. "Программно-инструментальное средство для разработки компонентных приложений" "Национальный информационный фонд неопубликованных документов", №50200800114 - М.: ВНТИЦ, 2008 - 6I