CN100507863C - 计算机硬盘数据网络同步更新的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过网络进行计算机硬盘数据同步更新的方法，特别涉及一种基于硬盘保护卡的学校机房硬盘数据的网络克隆和增量拷贝的方法，本发明的步骤为：在服务端建立初始数据环境，通过硬盘保护卡进行网络克隆使得服务端与客户端硬盘数据保持一致，当服务端数据环境变化的时候向客户端发送还原指令，客户端还原后接收服务端发送的变化数据，然后服务端与客户端同时执行数据合并，数据合并后成为下一次增量拷贝的基础。利用本发明的方法，学校机房及网吧计算机硬盘数据环境可以随时变更，无需重新布署，节省了时间提高了效率。

Description

计算机硬盘数据网络同步更新的方法

技术领域

本发明涉及一种通过网络进行计算机硬盘数据同步更新的方法，特别涉及一种基于硬盘保护卡的学校机房硬盘数据的网络克隆和增量拷贝的方法。

背景技术

机房维护软件环境的传统方式是使用硬盘还原技术及网络克隆技术，以学校机房为例，在新学期的开始，网络管理员首先需要与授课教师联系，以确定机房个人电脑(PC)的软件环境需求，学校机房一般面向整个学校，软件环境比较复杂，所以，网络管理员在确定了本学期的机房软件环境后，仍需要至少一周的时间在机房主控计算机上建立这种环境模板，包括进行磁盘规划，操作系统选择，各种教学软件的安装试用等等，完成机房主控端的安装之后，网络管理员再利用保护卡的网络克隆功能将主控端的软件环境克隆到机房其余PC中。

传统的机房维护产品如硬盘保护卡、还原卡等存在以下两个主要缺点：

1、网络克隆速度慢，随着软件技术的发展，功能的增多，软件产品本身的尺寸呈现爆炸性增长，如现代操作系统比早期的操作系统在软件尺寸上增长了几十甚至几千倍，现有的网络克隆的方式一般都是采取整个硬盘分区克隆的方式，网络管理员做一次网络克隆往往需要很长的时间，而且操作较繁琐。

2、由于是基于整个硬盘分区所做的克隆，所以软件环境一旦布署就无法变更，只能重新布署。

由于以上缺陷，机房管理员对授课教师在学期中间提出的软件环境变更请求，如增加一些教学软件感到非常反感，因为这可能要占用机房管理员一整个工作日来布置新的软件环境，然后再进行网络克隆。对于网吧而言，软件环境的变更需求更是非常频繁。

发明内容

为了解决现有技术中网络克隆速度慢，软件环境一旦布署就无法变更只能重新克隆的技术的缺陷，本发明提出了一种计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，包括以下步骤：

步骤1、在服务端对支持LBA模式的硬盘做分区划分，准备好所需硬盘数据内容后建立还原点，在服务端操作系统的空闲区域或者操作系统的不可见区域保留用于记录还原点信息的硬盘空间作为映射区；

步骤2、经硬盘保护卡，通过网络将服务端支持LBA模式的硬盘分区信息及服务端建立还原点时刻的保护分区数据内容克隆到客户端支持LBA模式的硬盘上，然后再将服务端还原点信息通过网络拷贝到客户端支持LBA模式的硬盘上，在完成步骤2后服务端与客户端始终都处于使用硬盘保护卡对硬盘数据进行保护的保护状态；

步骤3、如果服务端支持LBA模式的硬盘数据内容发生了变化，需要客户端与服务端支持LBA模式的硬盘数据保持同步则执行步骤4；

步骤4、服务端向客户端发送还原指令，客户端在接收到还原指令后通过硬盘保护卡执行还原操作；

步骤5、在客户端执行完步骤4后，服务端通过硬盘保护卡向客户端发送映射关系表、映射区数据块集合以及空闲区数据集合；发送完成后，客户端及服务端分别执行步骤6；

步骤6、将所述映射区数据块集合依据所述映射关系表中的映射关系回写到保护区的原始数据块中，追加所述空闲区数据集合到保护区中，然后清空本地的映射分区和映射关系表。

进一步地，在完成所述步骤2之后，客户端与服务端的硬盘数据内容及状态保持一致，相当于客户端与服务端在同一时刻建立了还原点。

进一步地，步骤5中，所述服务端向客户端发送完各项数据后，客户端与服务端的硬盘数据内容及状态保持一致，相当于客户端与服务端在同一时刻建立了新的还原点。

进一步地，步骤4中，客户端执行所述还原操作后的状态可以是完成步骤2所述的克隆及拷贝操作后时的状态，也可以是完成步骤6后时的状态，该状态下服务端与客户端的数据内容保持一致。

进一步地，如权利要求2所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，所述硬盘保护卡是以自定义大小的数据块为最小数据保护单位对磁盘数据进行保护与还原操作。

进一步地，所述映射区通过隐藏分区技术或HPA技术来实现。

进一步地，通过再保护或者伪成功的方式对映射区中的数据块进行保护，使其不会遭受操作系统的破坏。

采用以上的技术方案，机房软件环境可以随时变更，无需重新布署，每次软件环境变化后只需要将服务端的变化数据(包括映射区、新增数据集合及映射关系表等)传送到客户端，客户端首先执行还原操作，然后完成回写、追加等操作就可做到与服务端的软件环境一致，不需要再进行重新布置和完全克隆，而且基于硬盘保护卡的还原操作非常快，所需时间只和增加的软件数据量相关。从而克服了现有技术中的网络克隆速度慢，软件环境一旦布署就无法变更只能重新克隆的技术的缺陷。机房内所有客户端计算机都可以在短时间内同步更新到服务端计算机所拥有的软件环境。

附图说明

图1为本发明所揭示方法的流程图；

图2为本发明所揭示方法的状态图；

具体实施方式

本发明是基于如下的一个网络环境：包含至少一个客户端；一个服务端；

连接服务端和客户端的网络。

此实施例以基于硬盘保护卡的方式实现，在服务端和客户端都装有硬盘保护卡。

上述硬盘保护卡完成硬盘数据的保护与还原功能，具体原理为：在某一时刻即还原点，建立保护区，映射区，使用软、硬件方式截获所有的磁盘读写请求，如果截获到的磁盘写请求会修改还原点建立时刻之前硬盘分区中存在的有效数据，即保护区内的数据，如果是初次写的话，那么应该在映射区分配相应大小的映射块，然后将磁盘请求转向到对映射块操作，同时记录这种映射关系到映射关系表中；如果截获到的磁盘读写请求是针对已经被映射写的区域，那么将这种请求依据前面记录的映射关系转向到映射区域，以使操作系统能够正常工作，如果是对保护区内没有发生过映射写的磁盘块的读请求则直接下发给硬盘驱动；如果截获的磁盘写请求是针对还原点时刻的空闲磁盘块，并且是首次写，那么记录磁盘块地址，置这些磁盘块状态为‘非首次写’；如果截获到的读写请求是针对‘非首次写’的空闲磁盘块则直接下发给磁盘驱动即可，对于这些在还原点时刻为空闲硬盘块之后又被操作系统分配使用的数据块集合以下简称为“空闲区数据集合”。对于上述保护机制，还原到快照建立时刻的分区状态非常简单，只需撤销所有的映射关系即可，即清除映射关系表及映射区数据内容即可。

上述硬盘保护卡可以以硬盘的一个扇区、一个簇为最小保护单位，也可以以一个自定义的数据块为最小保护单位，数据块由2的正整数次幂个扇区组成，正整数次幂的大小根据磁盘空间的大小和空间利用率的要求来确定。

本发明所使用的硬盘都必需支持逻辑寻址模式(LBA)。网络可以是局域网或广域网，传输方式可以是有线的也可以是无线的。

以下结合附图1及附图2详细说明本发明的实现步骤：

步骤1：首先在服务端计算机上对硬盘进行分区划分。在服务端计算机上安装操作系统和各种所需软件环境。在服务端上建立还原点，还原点即指使用硬盘保护卡对硬盘数据进行保护的开始时刻。在还原点时刻，硬盘保护卡通过扫描分析，用位示图记录当前服务端计算机硬盘各个保护分区中存在的非空闲的原始数据块的分布情况，在服务端操作系统的空闲区域或者操作系统的不可见区域保留足够容量的硬盘空间作为映射区，以及记录还原点信息，还原点信息是指能够使硬盘数据恢复到还原点的必要的信息，至少包括映射关系表(包含反映保护分区数据块使用情况的位示图)、映射区的位置及大小等。在建立还原点后服务端即处于如图2所示的原始软件环境S1状态。上述操作系统的不可见区域可以通过HPA(Hiddenprotected area-based recovery solutions)或者隐藏分区技术实现。

步骤2、网络克隆服务端的硬盘分区信息到客户端，然后网络克隆服务端保护分区数据集合到客户计算机的硬盘中，同时网络拷贝服务端还原点信息到客户端，在克隆及拷贝操作完成后客户端将具备同服务端计算机相同的软件环境，此时客户端的磁盘数据状态与服务器端保持一致，如图2所示的S1状态，相当于与服务端在同一时刻建立了还原点。

本发明通过保护卡及其附带程序完成网络克隆及拷贝功能，网络克隆不只是对服务端硬盘分区信息以及分区内数据的克隆，而且还能够将服务端建立还原点之后的还原点信息、映射区数据、空闲区数据集合连同保护区数据一起发送到客户端，这样就保证了客户端在成功克隆后的使用过程中不会破坏还原点时刻硬盘中已经存在的有效数据。

本发明不限制使用何种方式完成本步骤中的网络克隆及拷贝的操作，可以由硬盘保护卡及其附带程序来实现也可以用其它软件或软件与硬件结合的方式来实现。上述的硬盘保护卡附带程序是指硬盘保护卡的驱动程序及基于硬盘保护卡的应用及管理控制程序等。

步骤3、如果服务端硬盘数据内容发生了变化，需要客户端与服务端硬盘数据保持同步则执行步骤4，如果不需要同步则不作任何操作。

在完成步骤2后，在服务端计算机的使用过程中，截获所有的硬盘写请求，将可能破坏保护区数据的请求通过挂接的钩子函数或者硬件电路转向到映射区当中，同时记录这种映射关系到映射关系表，映射关系表包含反映保护区数据块使用情况和保护状态的位示图及用于存放映射关系的数据结构。保护区数据集合和映射区数据集合在物理磁盘扇区上没有交集；如果截获的写请求是针对保护区及映射区之外的磁盘空闲区域的，则允许其通过并直接下发，同时记录这些空闲区域内的磁盘块的地址信息。映射表与映射区内容记录对原始硬盘块的更改；空闲扇区地址集与空闲扇区的内容，记录了软件环境变化产生的新分配硬盘空间。如图2所示对服务端原始软件环境状态所做更改C1包括了映射区数据集合的内容和空闲区数据集合的内容。保护映射区中的数据块，使其不会遭受操作系统的破坏，可以通过再保护或者伪成功的方式。

在完成步骤2后，在客户端计算机的使用过程中，截获所有的磁盘写请求，将可能破坏保护区的请求通过挂接的驱动程序的钩子函数或者硬件电路转向到映射区，同时记录这种映射关系到映射关系表。如果截获的写请求是针对保护区和映射区之外的磁盘空闲区域，允许其通过并直接下发，同时记录这些空闲区域内的磁盘块的地址信息。图2所示对客户端软件环境状态所做更改C2包括了映射区数据集合的内容和空闲区数据集合的内容。保护客户端映射区，使其不会遭受操作系统的破坏，可以通过再保护或者伪成功的方式。

在服务端和客户端计算机中，如果截获到的磁盘读请求是针对保护区数据的，那么，应该首先在映射关系表中查找是否存在映射关系，如果存在，那么保护区中原始数据块的内容必然已经发生过映射写。此时，依据映射关系表转向读请求到映射区中相应数据块；对于其他读请求，直接下发。在操作系统和应用程序看来，在进行映射后对保护区中数据块的读写都是成功的，是透明的，操作系统的运行不受影响。

举例来说，在建立还原点时刻T之前有扇区LBA#X是已用扇区，属于保护区数据集合。在时刻T以后用户对计算机的操作过程中，假设对这LBA#X扇区进行改写，钩子函数或硬件过滤电路截获得到改写请求后，在映射区中分配一个空闲扇区，假设为LBA#Y，然后修改对扇区LBA#X的请求为对扇区LBA#Y的请求，并记录映射关系(X→Y)到映射关系表M中，以后，如果再有对扇区LBA#X的读写，因为已经存在映射关系(X→Y)均转向到对LBA#Y的读写请求。

客户端在完成克隆以后的使用过程中，一直处于保护模式，可以随时被还原到克隆成功后的状态，这是执行以下步骤的前提，因此客户端在克隆后的使用过程中不能解除所在的保护模式。相应的服务器端在建立还原点之后也必须一直处于保护模式，不能在之后的使用过程中解除保护，否则必须重新执行步骤1至步骤2。

如果服务端的软件环境发生了变化，需要使客户端与服务器保持软件环境的同步的话，则通知客户端执行还原操作，本发明不限制通知的方式，本实施例使用网络方式由服务端发送还原指令，而且可以指定哪几台客户端执行还原操作。

步骤4、服务端向客户端发送还原指令，客户端在接收到还原指令后执行还原操作。

上述的还原指令是一个指令序列，如要求接收端作还原操作的指令；要求接收端准备接收各种数据的指令；要求接收端做数据合并的指令；要求接收端更新数据摘要信息的指令等。本发明不限制使用以何种方式来实现指令、数据的传输以及步骤控制等操作，可以由硬盘保护卡及其附带程序通过网络实现，也可以用其它方式实现。

此步骤中的还原操作是指硬盘保护卡进行的还原操作，还原操作完毕后将恢复到上一次与服务端的硬盘数据保持一致的时刻的状态，这种状态出现在两种情况下，一种是在完成步骤2的网络克隆和拷贝后时的状态，一种是在完成步骤5的数据合并后所处的状态，在步骤2和步骤5完成后服务端与客户端都处于数据保持同步一致的状态，都相当于服务端和客户端都建立了一致的还原点。

步骤5、在客户端完成步骤4后，服务端发送映射关系表、映射区数据块集合、空闲区数据集合到客户端，此时如图2所示，客户端包含了原始软件环境状态S1和服务端原始软件环境状态所做更改C1；接下来在客户端执行数据合并操作，数据合并的步骤包括：

a.将所接收到的服务端发来的映射区数据集合依据所接收到的映射关系表中的映射关系回写到保护区的原始数据块中。

b.追加所接收到的空闲区数据集合到客户端保护区中，即将空闲区数据集合中的数据块设置成保护块，成为保护区的一部分。

c.然后清空本地的映射分区和映射关系表，清空操作的目的就是解除原有的保护区与映射区内数据块之间的映射关系。

如图2所示，此时客户端经过数据合并后进入到一个新的状态S2。

在服务器端向所有的客户端发送完映射关系表、映射区数据块集合、空闲区数据集合后，服务端执行数据合并操作，如图2所示，服务端经过数据合并后也进入到新的状态S2，此时服务端和客户端都进入到一个新的一致的状态即S2状态。

在服务端和客户端在完成数据合并操作后，服务端和客户端中硬盘有效数据是相同一致的，相当于同时在服务端和客户端重新建立了原点，对于服务端可以以此还原点为基础记录新的软件环境变更信息，而客户端计算机在以后的使用过程中可以随时还原到完成数据合并时的状态即新的还原点时的状态。需要指出的是数据合并操作并不破坏客户端或服务端的硬盘保护状态，服务端与客户端在完成数据克隆之后也一直处于保护状态，这也是执行下一次同步更新的前提。

此步骤不限制使用以何种方式来完成数据的传送及步骤的控制等操作，可以由硬盘保护卡及其附带程序通过网络来实现，也可以由其它方式来实现。

当下一次需要同步客户端与服务端的硬盘数据的时候，可以以数据合并完成后的状态为基础，迭代执行步骤3至步骤5完成下一次的数据同步。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，包括以下步骤：

步骤1、在服务端对支持LBA模式的硬盘做分区划分，准备好所需硬盘数据内容后建立还原点，在服务端操作系统的空闲区域或者操作系统的不可见区域保留用于记录还原点信息的硬盘空间作为映射区；

步骤2、经硬盘保护卡，通过网络将服务端支持LBA模式的硬盘分区信息及服务端建立还原点时刻的保护分区数据内容克隆到客户端支持LBA模式的硬盘上，然后再将服务端还原点信息通过网络拷贝到客户端支持LBA模式的硬盘上，在完成步骤2后服务端与客户端始终都处于使用硬盘保护卡对硬盘数据进行保护的保护状态；

步骤3、如果服务端支持LBA模式的硬盘数据内容发生了变化，需要客户端与服务端支持LBA模式的硬盘数据保持同步则执行步骤4；

步骤4、服务端向客户端发送还原指令，客户端在接收到还原指令后通过硬盘保护卡执行还原操作；

步骤5、在客户端执行完步骤4后，服务端通过硬盘保护卡向客户端发送映射关系表、映射区数据块集合以及空闲区数据集合；发送完成后，客户端及服务端分别执行步骤6；

步骤6、将所述映射区数据块集合依据所述映射关系表中的映射关系回写到保护区的原始数据块中，追加所述空闲区数据集合到保护区中，然后清空本地的映射分区和映射关系表。

2.如权利要求1所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，在完成所述步骤2之后，客户端与服务端的硬盘数据内容及状态保持一致，相当于客户端与服务端在同一时刻建立了还原点。

3.如权利要求1所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，步骤5中，所述服务端向客户端发送完各项数据后，客户端与服务端的硬盘数据内容及状态保持一致，相当于客户端与服务端在同一时刻建立了新的还原点。

4.如权利要求1所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，步骤4中，客户端执行所述还原操作后的状态可以是完成步骤2所述的克隆及拷贝操作后时的状态，也可以是完成步骤6后时的状态，该状态下服务端与客户端的数据内容保持一致。

5.如权利要求2所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，所述硬盘保护卡是以自定义大小的数据块为最小数据保护单位对磁盘数据进行保护与还原操作。

6.如权利要求1所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，所述映射区通过隐藏分区技术或HPA技术来实现。

7.如权利要求1所述的计算机硬盘数据的网络同步更新的方法，其特征在于，通过再保护或者伪成功的方式对映射区中的数据块进行保护，使其不会遭受操作系统的破坏。

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