Linux in safety-critical applications

Abstract

Die heutige Gesellschaft ist von einer Vielzahl von sicherheitskritischen Systemen abhängig, die die Sicherheit der Benutzer und der Umwelt garantieren müssen. Deshalb ist es entscheidend welches Betriebssystem auf solchen sicherheitskritischen Systemen zum Einsatz kommt. Diese Arbeit untersucht einen möglichen Einsatz des Kernels Linux und des Betriebssystems GNU/Linux für sicherheitskritische Systeme. Um Vertrauen zu schaffen, dass GNU/Linux als Plattform für sicherheitskritische Anwendungen eingesetzt werden kann, wurde anhand von relevanter Literatur erforscht, wie Linux entwickelt und getestet wird. Das Open Source Entwicklungsmodell wurde mit traditionellen Entwicklungsmodellen vergleichen. Es wurde analysiert, ob der aktuelle Stand der Entwicklung die Anforderungen von existierenden Normen im Bereich sicherheitskritischer Anwendungen erfüllen kann. Um die Relevanz von Linux für sicherheitskritische Anwendungen noch weiter zu erhöhen, wurden zwei Projekte implementiert. Das erste ist eine vollautomatische Testumgebung für RAID-1 Systeme auf Kernelebene, das zweite ist ein Dateisystem, das schadhafte Daten erkennt und korrigiert. Es zeigt sich, dass das Verfahren der Open Source Entwicklung, das von der GNU/Linux Entwicklergemeinschaft eingesetzt wird, kein limitierender Faktor ist. Die meisten Standards, die sich mit sicherheitskritischen Systemen beschäftigen, sind flexibel genug, um Systeme, die auf neuen und offenen Wegen entwickelt wurden, zu zertifizieren. Dies führt zum Ergebnis, dass Linux als Plattform für sichheitskritische Anwendungen in Betracht gezogen werden sollte. Die Entwicklung von Linux hat in den letzen Jahren einen großen Fortschritt gemacht, der Linux reif für den Einsatz in sicherheitskritischen Systemen macht.<br />

Modern society depends on a range of systems that need to guarantee the safety of their users and the environment. Therefore it is crucial which operating system is used for such safety-critical systems.<br />This thesis examines the potential use of the operating system kernel Linux, and the GNU/Linux operating system for safety-critical systems.<br />To gain confidence that GNU/Linux can be used as a platform for safety-critical applications, it was examined how Linux is developed and tested by assembling information from relevant literature. This Open Source development model was compared to traditional software development models. It was analyzed, if the current state of development can fulfil the requirements of existing safety-related standards. To further improve the relevance of Linux for safety-critical systems, two projects have been implemented. The first one is a fully automatic test suite for kernel-level software RAID-1 systems, the second one is a wrapper file system that detects and corrects faulty data on hard disks.<br />It turns out that the Open Source development approach taken by the GNU/Linux community is not a limiting factor for its use in safety-critical applications. Most standards that deal with safety-critical systems are flexible enough to certify systems that are developed in new and open ways. As a result, Linux should be considerd as a platform for safety-critical systems. The development of Linux made large progress during the last years, which makes Linux fit for safety-critical systems.<br />