Методика сравнения и анализа безопасности подсистем обработки прерываний в ядрах операционных систем и устойчивости к штормам прерываний

В работе предлагается методика сравнения операционных систем (ОС) по устойчивости к шторму прерываний – интенсивному потоку аппаратных событий, при котором обработка прерываний вытесняет полезную нагрузку и может привести к отказу в обслуживании (denial of service, DoS). Методика объединяет качественную оценку механизмов защиты и количественный вычислительный эксперимент. В качестве критериев рассматриваются маскирование источника, объединение обработки прерываний, адаптивный переход к опросу, управление прерываниями, сигнализируемыми сообщениями, привязка прерываний к процессорам, вытесняемость ядра и ограничение процессорного времени обработчиков. Экспериментальный стенд построен на основе эмулятора QEMU, виртуального устройства – генератора прерываний и плагина Tiny Code Generator (TCG), который выполняет статистическое профилирование ядра и пользовательского пространства без модификации гостевой ОС. Предлагаемый подход позволяет сопоставлять архитектурные механизмы защиты с измеряемым снижением доли процессорного времени, доступной полезной нагрузке.

1. Lee Y., Min C., Lee B. ExpRace: Exploiting Kernel Races through Raising Interrupts // 30th USENIX Security Symposium, 2021, pp. 2363-2380. Available at: https://www.usenix.org/conference/usenixsecurity21/presentation/lee-yoochan, accessed 16.07.2026.

2. Boyd-Wickizer S., Zeldovich N. Tolerating Malicious Device Drivers in Linux. 2010 USENIX Annual Technical Conference, 2010, pp. 9-22. Available at: https://www.usenix.org/conference/usenix-atc-10/tolerating-malicious-device-drivers-linux, accessed 16.07.2026.

3. NVIDIA. Security Bulletin: NVIDIA GPU Display Driver – January 2025. CVE-2024-53881. Availa-ble at: https://nvidia.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/5614/, accessed 16.07.2026.

4. Cybersecurity and Infrastructure Security Agency. Vulnerability Summary for the Week of January 27, 2025. Available at: https://www.cisa.gov/news-events/bulletins/sb25-034, accessed 16.07.2026.

5. National Vulnerability Database. CVE-2026-43488: usb: xhci: Prevent interrupt storm on host con-troller error. Available at: https://nvd.nist.gov/vuln/detail/CVE-2026-43488, accessed.

6. Ali Z., Aslam N., Marotta A., Tiberti W., Cassioli D. A Systematic Review of Kernel-Level Security Mechanisms, Vulnerability Detection and Mitigation in Modern Operating Systems. Sensors, 2026, vol. 26, no. 8, Art. 2452. DOI: 10.3390/s26082452.

7. Härtig H., Hohmuth M., Liedtke J., Schönberg S., Wolter J. The Performance of μ-Kernel-Based Sys-tems. Proceedings of the 16th ACM Symposium on Operating Systems Principles, 1997, pp. 66-77. DOI: 10.1145/268998.266660.

8. Dinkel C. A Review of U.S. and European Security Evaluation Criteria. NISTIR 4774. National Insti-tute of Standards and Technology, 1992. DOI: 10.6028/NIST.IR.4774.

9. Liedtke J. On Micro-Kernel Construction. Proceedings of the Fifteenth ACM Symposium on Operat-ing Systems Principles, 1995, pp. 237-250. DOI: 10.1145/224056.224075.

10. Tanenbaum A. S., Herder J. N., Bos H. Can We Make Operating Systems Reliable and Secure? Computer, 2006, vol. 39, no. 5, pp. 44-51. DOI: 10.1109/MC.2006.156.

11. Klein G. et al. seL4: Formal Verification of an OS Kernel. Proceedings of the 22nd ACM Symposium on Operating Systems Principles, 2009, pp. 207-220. DOI: 10.1145/1629575.1629596.

12. The Linux Kernel documentation. Linux generic IRQ handling. Available at: https://docs.kernel.org/core-api/genericirq.html, accessed 16.07.2026.

13. The Linux Kernel documentation. SMP IRQ affinity. Available at: https://docs.kernel.org/core-api/irq/irq-affinity.html, accessed 16.07.2026.

14. The Linux Kernel documentation. NAPI. Available at: https://docs.kernel.org/networking/napi.html, accessed 16.07.2026.

15. Kerrisk M. ethtool(8) – Linux manual page. Available at: https://man7.org/linux/man-pages/man8/ethtool.8.html, accessed 16.07.2026.

16. The Linux Kernel documentation. The MSI Driver Guide HOWTO. Available at: https://docs.kernel.org/PCI/msi-howto.html, accessed 16.07.2026.

17. Linux kernel source tree. kernel/irq/spurious.c. Available at: https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/kernel/irq/spurious.c, accessed 16.07.2026.

18. seL4 documentation. Interrupts tutorial. Available at: https://docs.sel4.systems/Tutorials/interrupts.html, accessed 16.07.2026.

19. seL4 documentation. MCS tutorial. Available at: https://docs.sel4.systems/Tutorials/mcs.html, ac-cessed 16.07.2026.

20. QEMU documentation. QEMU TCG Plugins. Available at: https://www.qemu.org/docs/master/devel/tcg-plugins.html.

21. Intel Corporation. Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manuals. Available at: https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-sdm.html, accessed 16.07.2026.

22. Gregg B. Flame Graphs. Available at: https://www.brendangregg.com/flamegraphs.html, accessed 16.07.2026.

23. QEMU documentation. System Emulation. Available at: https://www.qemu.org/docs/master/system/, accessed 16.07.2026.

24. NVM Express, Inc. NVM Express Base Specification, Revision 2.3, 2025. Available at: https://nvmexpress.org/specifications/, accessed 16.07.2026.