CN100367225C - 可以对可启动存储设备进行备份和恢复的计算设备及其备份和恢复方法 - Google Patents

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Abstract

利用存储备份和过滤模块来恢复存储设备，以使得存储设备变为可启动。存储备份和过滤模块使得阴影存储设备对基本输入输出系统(BIOS)和操作系统而言不可见。存储备份和过滤模块将来自存储设备的存储设备映像存储到阴影存储设备上。存储备份和过滤模块将所述存储设备映像的至少一段从阴影存储设备恢复到存储设备上。

Description

可以对可启动存储设备进行备份和恢复的计算设备及其备份和恢复方法
技术领域
本发明总体上涉及存储设备的备份。更具体地说，本发明涉及利用对基本输入输出系统(BIOS)和操作系统不可见的存储设备作为该存储设备的备份。
背景技术
目前，计算机市场竞争激烈并且计算机制造商努力提供增值的好处以便将他们自己与竞争者区分开来。计算机购买者要求更好的性能、质量和可靠性以及售后技术支持。计算设备的故障对机构的不利影响日增。机构和个人特别注重于试图降低计算机的修理时间。
在标准的计算设备中，存储设备、处理器、随机访问存储器(RAM)和操作系统是计算设备的中心部件。操作系统为运行在计算设备上的应用程序提供一系列服务而且还提供基本用户界面。操作系统最初存储在存储设备上，并在计算机的初始化期间，由基本输入输出系统(BIOS)加载。
当开启计算设备时，处理器被引导到RAM中的特定位置，该位置包含跳转到BIOS的指令。处理器开始执行BIOS指令。BIOS引导序列的第一部分是上电自检(POST)。在这一过程期间，BIOS指令初始化处理器、基本硬件和视频适配器。下一BIOS指令轮询在计算设备内的连接设备。计算设备内的每个硬件设备具有与其有关的缺省地址。BIOS单步调试每个可能的地址以确定任何一个硬件设备是否存在于那个地址上。如果BIOS确定设备位于地址上，BIOS初始化该设备，并且如果需要的话，还可以分配中断号、用于BIOS矢量调用的存储空间以及新存储地址。在BIOS为每个安装的硬件设备执行了这些任务后，所有的硬件设备都被初始化，并且已经利用信息更新了RAM中的BIOS矢量调用，以便与硬件通话。
在成功完成POST后，BIOS激活计算设备的存储设备以便查找操作系统的第一块，如引导载入程序，其位于存储设备之一上。如果存储设备不具有引导载入程序，即不是可引导的，则它不可以被BIOS用来将操作系统加载到内存中。引导载入程序将操作系统加载到内存中并允许操作系统初始化。引导载入程序设置与计算设备的各个硬件子系统交互作用并控制各个硬件子系统的小驱动程序。它还设置内存的分区，用来保存操作系统、用户信息和应用程序。然后，其将计算设备的控制移交给操作系统。
计算设备故障的原因从软件故障到物理存储设备毁损到RAM故障。计算设备故障的最大根本原因是软件故障。具体地，操作系统的破坏(corruption)是计算设备故障的最主要根本原因。在最糟的情况下，操作系统的破坏通过清除用于通过引导载入程序引导计算设备所需的系统文件，可导致存储设备不可操作。
当终端用户试图修改系统文件并且意外地删除与操作系统内核有关的驱动程序和模块时，会发生操作系统的破坏。另外，当终端用户安装与操作系统不协调的应用程序或硬件驱动程序，并且这些驱动程序或与它们有关的硬件损坏操作系统副本时，会发生操作系统破坏。最后，受计算机病毒影响会导致操作系统大量损坏，甚至会导致计算设备的存储设备上的逻辑错误。
因此，为满足当前计算机购买者的可用性需求以及最小化操作系统破坏的影响，需要将存储设备的映像的副本存储起来，以便将操作系统恢复到受损坏或不能操作的存储设备上。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种存储备份和过滤模块，允许将存储设备备份到阴影存储设备上，所述存储备份和过滤模块包括：主过滤模块，使所述阴影存储设备对BIOS而言不可见；映像创建模块，将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及恢复模块，将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备恢复到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算设备，所述计算设备包括：处理器；存储设备；存储接口体系结构；基本输入输出系统(BIOS)；对基本输入输出系统而言不可见的阴影存储设备；以及存储备份和过滤模块，所述存储备份和过滤模块包括主过滤模块，使所述阴影存储设备对所述基本输入输出系统而言不可见；映像创建模块，将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及恢复模块，将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备拷贝到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
根据本发明的再一方面，提供了一种恢复存储设备以使得所述存储设备变得可启动的方法，所述方法包括：使阴影存储设备对基本输入输出系统(BIOS)而言不可见；将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备恢复到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
附图说明
图1示例说明根据本发明的实施方案，具有存储备份和过滤模块的计算设备；
图2示例说明根据本发明的实施方案的存储备份和过滤模块；
图3示例说明根据本发明的实施方案的环境中的备份存储系统设备，在所述环境中，操作系统软件支持绕过BIOS矢量调用以及通过存储接口体系结构直接连接到存储设备。
图4示例说明根据本发明的实施方案，用于备份存储设备系统的流程图。
具体实施方式
图1示例说明根据本发明的实施方案，具有存储备份和过滤模块的计算设备。计算设备1可以包括处理器2、存储设备4、存储接口体系结构5、基本输入输出系统(BIOS)6、存储备份和过滤模块8以及阴影存储设备(shadow storage device)12。计算设备1还可以包括随机访问存储器(RAM)10。存储设备4可以包含引导载入程序和操作系统软件。
当计算设备1的存储设备4发生故障时，可以利用存储备份和过滤模块8来将存储在阴影存储设备12上的引导载入程序、操作系统的特定段，或整个操作系统恢复到存储设备4。故障可能是因为引导载入程序已被破坏。或者，故障可能是操作系统系统文件或操作系统驱动程序文件被破坏。只要由存储备份和过滤模块8恢复了文件，存储设备4就变为可运行的，并且计算设备1可利用它。通过使存储备份和过滤模块8驻留在计算设备1上，就可以减少修理时间并可获得竞争优势。
计算设备1可以是个人计算机。计算设备1还可以是例如工业个人计算机、网络附属存储机、电视机顶盒或其他具有阴影存储设备12的设备。在本发明的可替换实施方案中，计算设备1可以是通信网络路由器或通信网络服务器。在本发明的实施方案中，计算设备1a)可以具有允许系统上有一个以上的存储设备的存储接口体系结构，b)可以不要求系统上可能的一个以上的存储设备之间具有从属性，以及c)具有类似BIOS的固件，该固件控制系统上可能的一个以上的存储设备的接口的初始化。
阴影存储设备12可以位于计算设备1的内部。或者，阴影存储设备12可以位于计算设备1的外部，只要计算设备BIOS 6仍然可以与阴影存储设备12交互作用。阴影存储设备12可以是“不可见的”，例如不能由计算设备BIOS 6识别。存储备份和过滤模块8可以防止BIOS和操作系统识别和初始化阴影存储设备。换句话说，计算设备BIOS 6在正常操作期间，例如对存储设备4的启动或读/写操作期间，不可以试图访问阴影存储设备12。
阴影存储设备12可以是硬盘驱动器，即固定硬盘驱动器。或者，阴影存储设备12可以是只读存储器(ROM)。在本发明的其他实施方案中，阴影存储设备12可以是电子盘(Disk-On-Chip)或可移动盘驱动器。存储设备4可以是固定盘驱动器。另外，存储设备4可以是ROM。在本发明的其他实施方案中，存储设备4可以是电子盘、可移动盘驱动器或任何其他适当的数据存储结构。
图2示例说明根据本发明的实施方案的存储备份和过滤模块。在损坏或删除存储设备4上的操作文件的情况下，可以利用存储备份和过滤模块8来将操作文件恢复到存储设备4上。存储备份和过滤模块8在逻辑上可以是BIOS 6的一部分。在本发明的一个实施方案中，存储备份和过滤模块8可以位于与BIOS 6相同的物理设备中。在本发明的可替换实施方案中，存储备份和过滤模块8可以位于与BIOS 6不同的物理设备中。
存储备份和过滤模块8可以包括使阴影存储设备12不可见的主过滤模块216、映像创建模块218和恢复模块220。主过滤模块216、映像创建模块218和恢复模块220可以用软件实现。另外，主过滤模块216、映像创建模块218和恢复模块220可以在闪速只读存储器(ROM)、专用集成电路(ASIC)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)或任何其他适当的元件的一个中实现。
主过滤模块216可以使阴影存储设备14对BIOS 6和操作系统而言不可见。换句话说，在初始化计算设备1期间，主过滤模块216可以防止BIOS初始化阴影存储设备，并且防止分配用于BIOS矢量调用的中断和存储空间。在本发明的一个实施方案中，主过滤模块216可以包括接口阻止模块，用于逻辑地阻断存储接口体系结构5连接中的一个，以便使阴影存储设备14对计算设备1而言不可见，并且逻辑地预留多个存储接口体系结构5连接中被防止检测阴影存储设备14的那一个。
在本发明的这种实施方案中，存储接口体系结构5连接可以是集成设备电路(IDE)连接。在本发明的可替换实施方案中，存储接口体系结构5连接可以是小型计算机系统接口(SCSI)连接。在存储接口体系结构5连接是IDE连接的实施方案中，可由操作系统来防止第二从IDE连接被检测到，并且操作系统仅可以看见计算设备1上的三个IDE连接。在这一实施方案中，被阻断的IDE连接可以被预留为阴影存储设备12并且不可由用户通过操作系统进行访问。
主过滤模块216还可以包括验证模块，以向利用映像创建模块218和恢复模块220的用户提供验证。在本发明的一个实施方案中，验证模块可以验证通过BIOS设置程序来利用映像创建模块218和恢复模块220的用户。在本发明的另一实施方案中，验证模块可以验证经由另一软件程序来利用映像创建模块218和恢复模块220的用户。
验证模块可以仅允许某些个人访问阴影存储设备12。验证模块可以仅允许原始设备制造商(OEM)或终端用户输入密码和用户ID来访问阴影存储设备12。示例地，可以允许代表计算设备1(见图1)的原始设备制造商(OEM)的个人在输入用户ID和密码后访问阴影存储设备12。代表OEM的个人可以访问阴影存储设备12以便修理系统或恢复系统。示例地，代表OEM的个人可以利用输入设备例如键盘或鼠标来访问阴影存储设备12，或者通过利用诸如调制解调器或局域网控制器的设备，经由通信网络与计算设备1进行远程通信，来访问阴影存储设备12。或者，终端用户可以具有第二用户ID和密码，从而被允许访问阴影存储设备12。
映像创建模块218可以将来自存储设备4(见图1)的存储设备映像存储到阴影存储设备12上。映像创建模块218可以包括压缩模块和存储归档模块中的至少一个。在本发明的一个实施方案中，仅使用存储归档模块，可以将存储设备映像从存储设备4复制到阴影存储设备14。在本发明的另一实施方案中，可以通过压缩模块来压缩存储设备映像以便创建压缩存储设备映像，并使用存储归档模块，将压缩存储设备映像存储在阴影存储设备14上。映像创建模块218可以利用压缩模块，因为压缩存储设备映像具有较小的文件大小。较小的压缩存储设备映像的文件大小可以降低阴影存储设备12的整体存储需求。
存储设备映像可以包括多个软件模块。因此，映像创建模块218可以仅存储多个软件模块中的一个、少量软件模块或所有软件模块。示例地，在个人计算机中，存储设备映像可以包括软件模块，诸如工作引导载入程序、操作系统文件和文件夹以及操作系统驱动程序文件。在本发明的一个实施方案中，其中利用压缩模块和存储归档模块两者，映像创建模块218可以仅压缩和存储工作引导载入程序。在另一实施方案中，映像创建模块可以仅压缩和存储操作系统驱动程序文件。在本发明的另一实施方案中，映像创建模块218可以使用压缩模块来压缩所有多个软件模块，并使用存储归档模块来将所有多个软件模块物理地存储在阴影存储设备12中。
在本发明的一个实施方案中，恢复模块220可以将存储设备映像的至少一段从阴影存储设备214恢复到存储设备4(见图1)。恢复模块可以包括解压缩模块和存储取回模块中的至少一个。在本发明的一个实施方案中，其中映像创建模块218的压缩模块创建压缩存储设备映像，恢复模块220可以利用解压缩模块来解压缩所述压缩存储设备映像的至少一段，并使其回复到存储设备4能理解的格式。恢复模块220可以利用存储取回模块来获得解压缩的存储设备映像的至少一段，并使其物理地恢复到存储设备4。解压缩存储设备映像的至少一段在内容方面可以与原始存储设备映像，即所述存储设备映像相同。
在本发明的另外实施方案中，其中仅利用存储归档模块来将存储设备映像的副本存储在阴影存储设备12上，恢复模块220可以仅复制而不解压缩存储设备映像的至少一段到存储设备4，以便恢复存储设备4的运行能力。在本发明的这一实施方案中，存储归档模块可以复制来自阴影存储设备12的存储设备映像的至少一段并将其存储在存储设备4上。
存储设备映像可以包括多个软件模块。因此，恢复模块220可以仅恢复存储设备映像的至少一段、存储设备映像的几段或存储设备映像的所有段。示例地，在个人计算机中，存储设备映像可以包括工作引导载入程序、操作系统文件和文件夹，以及操作系统驱动程序文件。在本发明的一个实施方案中，其中，压缩模块创建压缩存储设备映像，并且存储归档模块将压缩存储设备映像存储在阴影存储设备12上，恢复模块220可以仅解压缩并恢复操作系统文件和文件夹。在另一实施方案中，恢复模块220可以仅解压缩并恢复操作系统驱动程序文件。在本发明的又一实施方案中，恢复模块220可以使用解压缩模块来解压缩所述压缩存储设备映像的所有段，并可利用存储取回模块来将解压缩的存储设备映像的所有段恢复到存储设备4上。
图3示例说明根据本发明的实施方案的备份存储系统设备，所述备份存储系统设备在操作系统软件支持绕过BIOS矢量调用并且通过存储接口体系结构直接连接到存储设备的环境中。当开启计算机时，通过BIOS初始化所有定位的硬件设备后，这些操作系统也轮询各个设备并且初始化操作系统在轮询期间可能找出的任何设备。在这样的实施方案中，存储备份和过滤模块8的主过滤模块216不能阻止检测阴影存储设备12，因为操作系统在执行轮询时不利用BIOS 6。在这样的实施方案中，可能需要实施另外的硬件改动，因为存在操作系统能检测阴影存储设备12的危险。示例地，Linux操作系统通过存储接口体系结构5直接连接到位于计算设备中的存储设备上并独立于BIOS 6来轮询硬件设备。
在图3所示的本发明的实施方案中，计算设备1还可以包括阻止设备320。阻止设备320可以物理地阻断从存储接口体系结构5连接中的一个到阴影存储设备12的电信号。示例地，存储接口体系结构5连接可以是IDE连接。在本发明的这一实施方案中，阻止设备320可以在计算设备1(见图1)的正常操作期间，阻断来自第二从IDE连接的电信号。这一阻止可以防止操作系统检测阴影存储设备12。在本发明的一个实施方案中，Linux操作系统不能与阴影存储设备12通信，因为阻止设备320已经阻止到阴影存储设备的电连接。
为允许在正确验证后，可以在BIOS设置程序内访问阴影存储设备12，阻止设备320可以在用户处于BIOS设置程序内时使能所阻止的电信号。换句话说，在如上所述的本发明的实施方案中，仅当用户处于BIOS设置程序内时，阻止设备320才使能第二从IDE连接。在这一实施方案中，如果用户处在BIOS设置程序中，则用户能够利用压缩模块、存储归档模块、解压缩模块和存储取回模块。在图3所示的本发明的实施方案中，存储备份和过滤模块8直接与阻止设备320通信，这允许来自存储备份和过滤模块8的信号前往阴影存储设备12。
图4示例说明用于根据本发明的实施方案的备份存储设备系统的流程图。存储备份和过滤模块8使阴影存储设备12对BIOS而言不可见(400)。在本发明的一个实施方案中，存储备份和过滤模块8将来自存储设备4的存储设备映像存储在阴影存储设备12上(402)。存储备份和过滤模块8将存储设备映像从阴影存储设备12恢复到存储设备4上(404)。
尽管上述描述参考本发明的特定实施方案，将理解在不背离其精神的情况下，可以做出许多改正。所附的权利要求书用来覆盖落在本发明的真正范围和精神内的这些改正。因此，当前所公开的实施方案在任何方面应当视为示例性且非限制性的，意图在此包含由附加权利要求书，而不是上述描述所指明的本发明的范围、以及落在权利要求书的意义和等同范围内的所有修改。

Claims (28)

1.一种存储备份和过滤模块，允许将存储设备备份到阴影存储设备上，包括：
主过滤模块，使所述阴影存储设备对BIOS而言不可见；
映像创建模块，将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及
恢复模块，将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备恢复到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
2.如权利要求1所述的存储备份和过滤模块，其中，所述主过滤模块还包括验证模块，用于提供验证以便利用所述映像创建模块和所述恢复模块。
3.如权利要求1所述的存储备份和过滤模块，其中，所述映像创建模块包括压缩模块和存储归档模块中的至少一个。
4.如权利要求3所述的存储备份和过滤模块，其中，所述恢复模块包括解压缩模块和存储取回模块中的至少一个。
5.如权利要求4所述的存储备份和过滤模块，其中，所述存储设备映像包括工作引导载入程序、操作系统文件和文件夹以及操作系统驱动程序文件。
6.如权利要求5所述的存储备份和过滤模块，其中，所述存储设备映像还包括用户安装的软件和配置文件。
7.如权利要求6所述的存储备份和过滤模块，其中，所述存储取回模块仅恢复所述工作引导载入程序。
8.如权利要求6所述的存储备份和过滤模块，其中，所述存储取回模块仅恢复所述操作系统文件和文件夹。
9.如权利要求6所述的存储备份和过滤模块，其中，所述存储取回模块仅恢复所述操作系统驱动程序文件。
10.如权利要求4所述的存储备份和过滤模块，其中，所述映像创建模块利用所述压缩模块来创建压缩存储设备映像，并利用所述存储归档模块来将所述压缩存储设备映像存储到所述阴影存储设备上。
11.如权利要求10所述的存储备份和过滤模块，其中，所述恢复模块利用所述解压缩模块来解压缩所述压缩存储设备映像，并利用所述存储取回模块来将所述存储设备映像恢复到所述存储设备上。
12.如权利要求1所述的存储备份和过滤模块，其中，所述主过滤模块包括接口阻止模块，以便阻断多个存储接口体系结构连接之一的检测，使所述阴影存储设备对所述计算设备而言不可见，并且预留所述多个存储接口连接中被阻止检测所述阴影存储设备的那一个。
13.一种计算设备，包括：
处理器；
存储设备；
存储接口体系结构；
基本输入输出系统(BIOS)；
对基本输入输出系统而言不可见的阴影存储设备；以及
存储备份和过滤模块，所述存储备份和过滤模块包括
主过滤模块，使所述阴影存储设备对所述基本输入输出系统而言不可见；
映像创建模块，将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及
恢复模块，将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备拷贝到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
14.如权利要求13所述的计算设备，其中，所述计算设备选自由个人计算机、工业个人计算机、网络附属存储机、因特网路由器、因特网服务器和机顶盒组成的组。
15.如权利要求13所述的计算设备，其中，小型计算机系统接口(SCSI)是所述处理器和所述存储设备间的所述存储接口体系结构。
16.如权利要求13所述的计算设备，其中，集成设备电路(IDE)接口是所述处理器和所述存储设备间的存储接口体系结构。
17.如权利要求13所述的计算设备，其中，所述存储设备是硬盘驱动器。
18.如权利要求13所述的计算设备，其中，所述存储设备是闪速只读存储器(ROM)。
19.如权利要求13所述的计算设备，其中，所述存储设备是电子盘。
20.如权利要求13所述的计算设备，还包括阻止设备，当所述计算设备操作系统独立地确定哪些设备位于所述计算设备内时，所述阻止设备禁止信号从所述存储接口体系结构到达所述阴影存储设备。
21.一种恢复存储设备以使得所述存储设备变得可启动的方法，包括：
使阴影存储设备对基本输入输出系统(BIOS)而言不可见；
将来自所述存储设备的存储设备映像存储到所述阴影存储设备上；以及
将所述存储设备映像的至少一段从所述阴影存储设备恢复到所述存储设备，以便恢复所述存储设备的运行能力。
22.如权利要求21所述的方法，其中，存储所述存储设备映像包括利用压缩模块和存储归档模块中的至少一个。
23.如权利要求22所述的方法，其中，恢复所述存储设备映像的所述至少一段包括利用解压缩模块和存储取回模块中的至少一个。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述存储设备映像包括工作引导载入程序、操作系统文件和文件夹以及操作系统驱动程序文件。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述存储设备映像还包括用户安装的软件和配置文件。
26.如权利要求23所述的方法，其中，存储所述存储设备映像包括创建压缩存储设备映像，并将所述压缩存储设备映像拷贝到所述阴影存储设备。
27.如权利要求26所述的方法，其中，恢复所述压缩存储设备映像包括解压缩和恢复所述压缩存储设备映像的至少一段。
28.如权利要求21所述的方法，其中，使所述存储设备不可见还包括阻断多个存储接口体系结构连接之一的检测，使所述阴影存储设备对所述基本输入输出系统而言不可见，并且预留所述多个存储接口连接中被阻止检测所述阴影存储设备的那一个。
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