Analyse statique de la mise en place et de l'utilisation de la mémoire paginée dans un système d'exploitation dédié

Static analysis of bootstrap and usage of expanded memory in a dedicated operating system

• Auteur / Autrice : Jérôme Boillot
• Direction : Jérôme Feret
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DIENS - Département d'informatique de l'École normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Analyse statique

Interprétation abstraite

Système embarqué

Mémoire paginé

Langage C

Assembleur x86

Static analysis

Abstract interpretation

Embedded system

Expanded memory

C language

X86 assembly

Résumé

L'analyse statique de systèmes d'exploitation peut permettre de certifier l'absence de bogues logiciels, mais aussi que leur comportement ne peut pas être altéré par des tâches applicatives moins critiques ou des intrusions malveillantes. Cela est particulièrement important dans des systèmes embarqués critiques pouvant engendrer des catastrophes écologiques, humaines ou économiques. Cette sécurité repose en général sur différents mécanismes et structures de données mis en place au niveau assembleur par le système d'exploitation lors de sa phase d'amorçage. Il est donc important d'obtenir une abstraction suffisamment fine de ces mécanismes et de ces structures pour pouvoir interpréter assez précisément le reste du programme qui les utilise. C'est le cœur de ce travail de thèse de développer et de concevoir une analyse statique, par interprétation abstraite, de la mémoire paginée dans un système d'exploitation dédié. Pour permettre à l'analyse de passer à l'échelle des systèmes de taille industrielle tout en conservant assez de finesse il sera nécessaire d'étendre le cadre théorique et le développement de collaboration entre les différentes algèbres de propriétés. La réalisation de ce travail sera également l'occasion de généraliser l'utilisation de raisonnements applicables à certains motifs lors des différentes étapes de calculs des algèbres de propriétés. En effet, cette même approche sera utile pour l'analyse d'arithmétique flottante, d'arithmétique modulaire et de relations entre adresses d'accès.

Static analysis of operating systems can certify the absence of software bugs, but also that their behavior cannot be altered by less critical application tasks or malicious intrusions. This is particularly important in critical embedded systems that can cause ecological, human or economic disasters. This security is generally based on various mechanisms and data structures implemented at the assembler level by the operating system during its boot phase. It is therefore important to obtain a sufficiently fine abstraction of these mechanisms and these structures to be able to interpret the rest of the program which uses them. It is the core of this thesis work to develop and design a static analysis, by abstract interpretation, of expanded memory in a dedicated operating system. To enable the analysis to scale up to industrial-scale systems while retaining enough finesse, it will be necessary to extend the theoretical framework and the development of collaboration between the different property algebras. The realization of this work will also be an opportunity to generalize the use of reasoning applicable to certain patterns during the different stages of calculation of property algebras. Indeed, this same approach will be useful for the analysis of floating point arithmetic, modular arithmetic and relations between access addresses.