构造安全、高效的系统软件 ——系统软件与软件安全实验室简介 报告人：冯新宇 研究背景 • 处理能力越来越强 • 多核、众核、GPU … • 应用的日益多样化 • 网络、云计算、大数据、移动计算 … • 安全性需求越来越高 • 电子支付、医疗、无人驾驶汽车、航空航天、核电… Heartbleed: SSL buffer overflow bug.
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构造安全、高效的系统软件 ——系统软件与软件安全实验室简介 报告人：冯新宇 研究背景 • 处理能力越来越强 • 多核、众核、GPU … • 应用的日益多样化 • 网络、云计算、大数据、移动计算 … • 安全性需求越来越高 • 电子支付、医疗、无人驾驶汽车、航空航天、核电… Heartbleed: SSL buffer overflow bug 研究背景（二） • 系统软件：软件系统的核心 • 操作系统、虚拟机、程序设计语言和编译器、数据 库、网络软件、设备驱动等 • 几乎所有的应用都离不开系统软件的支持 研究方向 • 如何算的“快”？ • 如何充分利用多核（众核）计算资源，解决计算问题？ • 新的算法、操作系统、编程语言和模型等 • 如何算的“对”？ • 软件的正确性、可靠性、安全性等 • 高可信软件：如何开发没有bug的软件？ • 如何服务于新兴的计算需求？ • 如何从性能和可靠性两个方面为新兴应用提供支持？ • 应用：嵌入式和移动系统、网络、云计算、大数据 研究团队 邵中（耶鲁） 张昱 冯新宇 郭宇 华蓓 梁红瑾 李兆鹏 陈意云 付明 面向多核的 新型操作系统和程序语言 多核计算：主要挑战 7x Speedup 1.8x 3.6x User code Traditional Uniprocessor Time: Moore’s law 多核计算：主要挑战 7x Speedup 1.8x 3.6x User code Multicore Unfortunately, not so simple… 多核计算：主要挑战 Speedup 1.8x 2x User code Multicore Parallelization and Synchronization require great care… 2.9x 多核计算：主要挑战 • 并发程序开发及正确性 • 大量的不确定性 • 难以编程、易出错、难测试/调试 多核计算：主要课题 • 确定性并行编程模型和操作系统 • 确定性操作系统Dlinux • 确定性共享虚存模型: 不同读写特征的内存区域 • 只读、单生产者-多消费者模型、DiffMerge • 进程/线程的动态管理、I/O的确定性并行 • 确定性并行 编程模型 张昱 多核计算：主要课题 • 程序分析与变换技术及工具 • 针对C/Java/JavaScript/Android等应用程序 • 发现程序错误，理解程序行为，提高程序性能 • 集中于内存使用和并发控制方面 张昱 • Java虚拟机(Apache Harmony)上即时编译器辅助的垃 圾收集 • C函数调用图构建工具 • 代码段分离工具 多核计算：主要课题 • 并发算法正确性的验证 • 栈、队列、集合等并发对象的验证 • 部分算法来自于java.util.concurrency包 冯新宇 • 并发垃圾收集算法的验证 • 算法在Java虚拟中使用 • 发现了外科手术机器人控制程序中并发算法的bug 网络与多核计算 网络与多核计算：主要挑战 • 传统网络设备 • 基于特定应用和需求，通过思科、 华为等厂商定制各种各样的盒子 • 问题 • 周期长，成本高 • 无法适应日益多样化的集群和网络结构、应用需求等 • 数据中心、云平台等 • 解决方案 • 通用服务器 + 编程 来取代 “定制盒子” • 高效算法和服务器、软件定义网络、网络功能虚拟化 网络与多核计算：主要课题 • 基于多核/众核处理器的高速网络算法/系统 • 基本思路 • 利用通用多核服务器构建高速网络系统 • 研究突破网络系统瓶颈的关键技术 • 基于多核服务器的 高速网络流量监视系统 • 可支持10Gbps链路速度和 几百万TCP连接规模 • 由合作企业完成成果转化 • 基于GPU的算法加速 • 异常检测，数据压缩，数据流加密，...... 华蓓 网络与多核计算：主要课题 • 软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV） • 网络领域最热门的研究方向 • 软件实现网络功能，无需“定制盒子” • 课题：高性能NFV平台 • 课题：SDN辅助的流量迁移 • 课题：SDN的程序语言支持 华蓓 冯新宇 软件安全 软件安全：需求与挑战 • 电子商务和移动支付 • 安全攸关/任务攸关系统 软件安全：需求与挑战 • 电子商务和移动支付 • 安全攸关/任务攸关系统 • 如何发现系统中的缺陷和安全漏洞、 如何严格保证系统的可靠性、正确性和安全性？ • 新的研究热点 用形式化验证技术严格证明底层操作系统 不会崩溃 防崩溃代码 (Crash-Proof Code) 软件安全：主要课题 • 安卓系统隐私泄露漏洞检测 • 发现隐私泄露漏洞并阻止 • 代码检查+ 动态监控 • 实用工具开发 冯新宇 软件安全：主要课题 • 实时嵌入式操作系统uC/OS-II内核的验证 • 使用数学工具，证明系统的安全性、正确性等 冯新宇 • 约6000行代码 • 满足安全攸关/任务攸关需求 Parrot Drone 软件安全：主要课题 • CertiKOS虚拟机（Hypervisor）的验证 • 将CertiKOS部署在 无人驾驶汽车（LandShark）上 • 项目进行中 Zhong Shao （耶鲁） 软件安全：主要课题 • C程序安全和可靠性分析和验证工具、 可信编译等 • C程序的自动分析、验证 • 编译后自动生成关于二进制程序的证明 • 无需相信编译器的正确性 陈意云 研究团队 邵中（耶鲁） 张昱 冯新宇 郭宇 华蓓 梁红瑾 李兆鹏 陈意云 付明 基础研究为主 主要平台 交换学生、 教师互访等 中国科大-耶鲁高可信 软件联合研究中心 系统软件与软件 安全实验室 耶鲁方合作者： 卲中 Richard Yang 主要平台 基础研究与产业化相结合 系统软件与软件 安全实验室 科大提供技术，国创提供资 金（1000万）和市场需求 中国科大-国创高可信 软件工程中心 主要平台 中国科大-耶鲁高可信 软件联合研究中心 系统软件与软件 安全实验室 中国科大-国创高可信 软件工程中心 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 多核、软件定义网络（SDN）、软件安全、 防崩溃代码等 • 理论问题和现实需求相结合 • 良好的就业前景 • 毕业生去向——企业：微软、Intel、思科、华为、BAT等 • 毕业生去向——高校、科研院所：留校、深圳先进技术研 究院等 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 站在领域最前沿，从事国际一流的研究 • 我们的多项研究处于国际领先地位 • 邵中：近年来Certified Software概念的主要倡导者之 一 [CACM 2010] 防崩溃代码的主要 MIT出版的Technology Review对十大新兴 研究人员 技术之一——防崩溃代码的报道 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 站在领域最前沿，从事国际一流的研究 • 我们的多项研究处于国际领先地位 • 邵中：近年来Certified Software概念的主要倡导者之一 [CACM 2010] • 冯新宇和邵中被列为国际上防崩溃代码的主要研究人员 • 多篇顶级期刊和会议文章 • • • • TOPLAS、POPL、PLDI、PPoPP、SIGCOMM PPoPP’06：国内首篇 POPL’12：国内首篇 ACM TOPLAS：国内第二篇 并发算法验证：程碑式的工作 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 站在领域最前沿，从事国际一流的研究 • 广泛的国际交流机会 • 博士生4年级去耶鲁大学访问1-2年 • 目前已有10名研究生访问耶鲁 • 也很容易建立跟其他学校的交流 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 站在领域最前沿，从事国际一流的研究 • 广泛的国际交流机会 • 广阔的发挥个人兴趣的空间 • 两个研究/工程中心： 提供基础研究和应用型研究的选择 • 充分尊重学生自己的想法和思路 加入我们的5点原因 • 选择最基础，同时又最热门的研究方向 • 站在领域最前沿，从事国际一流的研究 • 广泛的国际交流机会 • 广阔的发挥个人兴趣的空间 • 良好的学习和生活环境 • 合肥和苏州，可以选择 欢迎你们的加入！ • 跟我们联系： • • • • 冯新宇：[email protected] ， 15895437185 华蓓： [email protected] ， 18056028579 张昱： [email protected], 13866131689 邵中/陈意云：[email protected], 13866750058 谢 谢！ 研究团队 邵中（耶鲁） 梁红瑾 郭宇 华蓓 陈意云 张昱 冯新宇 李兆鹏 付明 已退休（不单独招 生），继续科研 研究团队 卲中（耶鲁） 我校大师讲习教授， 张昱 有招生名额 冯新宇 华蓓 郭宇 陈意 云 梁红瑾 多核计算：主要挑战 • 并发程序开发及正确性 • 大量的不确定性 • 难以编程、易出错、难测试/调试 • 计算资源的充分利用 • 并行化：如何把任务分配到 不同的处理器上？ 如何有效协调存在 依赖关系的任务？ • Cache对性能的影响？ CPU 和 GPU 的协同？