CN101313283B

CN101313283B - 用于动态地暴露逻辑备份卷和还原卷的方法

Info

Publication number: CN101313283B
Application number: CN2006800437515A
Authority: CN
Inventors: D·内米罗夫; F·科拉多
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: WO2007078629A2; US20070150651A1; WO2007078629A3; CN101313283A; DE112006003260T5

Abstract

提供了用来存储和保护还原环境的方法和装置。该还原环境存储在独立磁盘冗余阵列(RAID)卷中，该卷在运行时操作期间对操作系统隐藏。一旦检测到由于损坏的或丢失的镜像而导致需要还原操作，存储有该还原环境的RAID卷就被动态地暴露出来，从而其可被还原操作访问。

Description

用于动态地暴露逻辑备份卷和还原卷的方法

技术领域

本公开涉及备份和还原，具体地，涉及对操作系统的备份镜像(image)进行还原。

背景技术

通常在操作系统安装过程中会创建一个可移动的紧急修复盘，该盘存储有允许系统发生彻底故障时得以重建的还原环境。可移动紧急修复盘通常是光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)。还原环境允许操作系统在该操作系统之外的环境下得到还原。在还原操作中，从紧急修复盘加载还原环境，并且通过从存储在紧急修复盘上的备份镜像重新加载操作系统来还原该操作系统。这种还原方法的问题在于，如果紧急修复盘丢失就无法恢复还原环境。

为了避免丢失可移动紧急修复盘的问题，可将还原环境存储在计算机系统中的不可移动盘上。通常还原环境存储在不可移动驱动器的单独分区中，该单独分区是一个逻辑上不同的部分，其功能好像是个物理上单独的单元。然而，在运行时(runtime)，该单独分区对于操作系统是可见的，因此可能被例如像计算机病毒这样的恶意软件删除或损坏。

附图说明

随着进行下述的详细说明并参照附图，所要求保护的主题的实施例的特性将变得显而易见，在附图中，其中相似的数字表示相似的部分，其中：

图1是根据本发明的原理，还原备份镜像的计算机系统的实施例的方框图；

图2是说明由卷管理器实现的用于创建RAID卷的方法的流程图；

图3示出在运行时期间物理磁盘驱动器集合的逻辑视图；

图4是根据本发明的实施例，用于创建备份镜像的方法的流程图；

图5是在从用户卷获取备份镜像时本发明的实施例的逻辑视图；

图6是在微软视窗操作系统中实现的用于还原用户卷的方法的实施例的流程图；以及

图7是在还原期间本发明的实施例的逻辑视图。

虽然下面的详细说明将引用所要求保护的主题的说明性实施例，但是其很多替代、修改以及变更对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，对所要求保护的主题应被广泛地看待，并应仅由所附权利要求来定义。

具体实施方式

廉价磁盘冗余阵列(RAID)由物理磁盘驱动器的集合组成，数据分布在磁盘驱动器集合上，该磁盘驱动器集合如同单个存储单元一样工作。通常，数据使用由数个RAID级别的一个所定义的方法，分布在RAID阵列上，以确保磁盘驱动器中的一个出现故障时数据不会被丢失。可以将单个存储单元逻辑划分成几个RAID卷。每个RAID卷可以被分布到整个磁盘驱动器集合上并且被视为一个单独的逻辑磁盘驱动器。

在本发明的实施例中，RAID卷中的一个被用来存储和保护还原环境。用来存储还原环境的RAID卷可被隐藏，即，该卷对于计算机系统中运行的操作系统或应用程序是不可见的。通过隐藏还原环境卷，该还原环境卷不在通常的卷列表上对操作系统显示或在用户界面中显示，以保护该卷防止其被删除或修改。

图1是计算机系统114的实施例的方框图，该计算机系统根据本发明的原理还原备份镜像。计算机系统114包括输入输出(I/O)控制中心(ICH)106、处理器100和存储器控制中心(MCH)102。MCH 102管理耦合到MCH的存储器104。在一个实施例中，存储器104是64位宽双倍数据速率(DDR2)存储器。处理器100通过主机接口132耦合到MCH 102。MCH 102通过高速直接媒体接口134耦合到ICH 106。ICH 106管理I/O设备，包括耦合到存储接口的存储设备。

在一个实施例中，存储控制器管理串行高级技术附件(SATA)设备，其耦合到SATA总线112。SATA协议是标准的串行存储协议，可从www.sata-io.org获得。在一个实施例中，I/O控制中心(ICH)106包括串行高级技术附件(SATA)接口，该接口包括四个端口，每个端口可以耦合到SATA设备108A～B，例如磁盘驱动器或其他存储设备。

在其他实施例中，ICH 106可以使用其他存储协议管理存储设备，所述协议例如因特网小型计算机系统接口(iSCSI)、光纤通道(Fibre Channel)和串行连接存储(SAS)。

计算机系统包括提供独立磁盘冗余阵列(RAID)功能的软件组件。软件组件包括：存储在非易失性存储器124(例如耦合到存储器100的闪速存储器(Flash memory))中的RAID选项ROM(Option ROM)中的固件、操作系统RAID驱动程序118和用于配置和管理RAID功能的用户界面120。选项ROM中的固件将被称为RAID“卷管理器”116。RAID卷管理器116包括用于预引导配置和引导功能的固件。RAID选项ROM中的固件链接到核心的基本输入输出操作系统(BIOS)镜像。

RAID功能允许物理磁盘驱动器108A～D的阵列被集合成为单个逻辑存储单元108。在计算机系统114中执行的RAID软件组件基于数个RAID级别中的一个将数据分布到磁盘驱动器108A～D的集合上。如本领域技术人员所公知的，将数据分布到逻辑存储单元108上有很多标准的方法。这些方法被称为RAID级别。

例如，RAID级别0改善I/O性能但是不提供冗余。因而，RAID级别0可以用来存储非关键的数据和应用程序，比如游戏。在RAID级别0中，通过将数据分成块并将每个块写入单独的驱动器，来使数据在磁盘驱动器的物理阵列108上被条带化(striped)。I/O性能通过将负载分散到许多驱动器上来得以改善。然而，RAID级别0不提供冗余，即，一个磁盘发生故障意味着全部数据的丢失。

RAID级别5通过将数据和奇偶校验信息在至少三个磁盘驱动器上条带化，来提供高级别的冗余。假如出现故障，数据的条状化与分布式奇偶校验相结合来提供恢复路径。因而，RAID级别5可以用来存储关键数据。

组成单个存储单元的磁盘驱动器的阵列108可以被配置成相同的RAID级别，或者，通过矩阵RAID功能，单个存储单元可以被划分成多个逻辑RAID卷。每个RAID卷可以被配置为不同的RAID级别。关键文件可以存储在一个使用一种RAID级别的卷上，而非关键文件可以存储在另一个使用另一种RAID级别的卷上。例如，用户可以在一个高性能4驱动器RAID 0卷上编辑数字视频，然后在编辑完成后将它转移到RAID 5卷来对其进行受保护的存储。在一个实施例中，所述磁盘驱动器被配置成具有两个RAID卷的单个存储单元，第一逻辑卷120配置成RAID级别0，第二RAID卷配置成级别5。

在本发明的实施例中，多个RAID卷中的一个被用于存储还原环境，该还原环境用于还原操作系统的备份镜像。每个RAID卷具有一个相关联的“可见性”属性，表明该RAID卷对于操作系统是否被设为可见的。通过使用“可见性”属性，在正常操作过程中，存储还原环境的RAID卷对操作系统“隐藏”。

本发明的一个实施例将针对微软视窗操作系统来描述。然而，本发明并不限于微软视窗操作系统，其可被应用于任何计算机系统来恢复任何操作系统。RAID卷在引导操作系统之前被固件创建，该固件可以存储在计算机系统114的选项只读存储器(ROM)中。RAID选项ROM包括固件，该固件允许创建和命名RAID以及删除RAID阵列以便在引导操作系统之前来建立RAID子系统。选项ROM还包括为引导操作系统提供引导功能的固件。由于RAID卷在操作系统引导前被创建，它们可以对操作系统隐藏。

该系统还可以包括显示器130，其耦合到ICH，用于显示用于配置RAID子系统的配置实用程序的用户界面，以及与恢复操作有关的用户界面。显示器130可以包括阴极射线管显示器，固态显示器例如液晶显示器，等离子显示器或发光二极管显示器，以及其他显示设备。

图2是是说明一种用于创建RAID卷的方法的流程图，该方法由卷管理器实现。当RAID系统被初始化或者基于通过用户界面接收到的配置信息被配置后，用于创建备份镜像的RAID卷可以被创建。在实施例中，流程图中的方框可以在配置实用程序中实现，该配置实用程序包括在选项ROM中的固件中，该选项ROM集成在系统BIOS中。例如，配置实用程序可以包括用户界面，其提示用户创建RAID卷，以及选择该卷的RAID级别、卷的大小、条带的大小和该卷中物理磁盘驱动器的数量。在一个替代性实施例中，流程图中的方框可以在应用程序中实现。

在方框200中，RAID阵列(单个逻辑存储单元)由物理磁盘驱动器的集合构成。例如，如果有图1中的实施例中所示的四个磁盘驱动器108A～D，就创建出包括SATA磁盘驱动器108A～C上所有可用空间在内的组合空间。在构成该组合空间之前，每个磁盘驱动器保留一部分空间给元数据，即关于存储在RAID阵列上的数据的数据。元数据用来管理组合空间。例如，为一RAID卷而存储的元数据可以包括表明特定的RAID卷的大小以及该RAID卷是否要对操作系统隐藏的属性。在构成RAID卷之后，处理继续进行方框202。

在方框202中，RAID阵列在逻辑上可被划分为多个RAID卷，并且每个RAID卷可以被配置成不同的RAID级别。如果要将该阵列进行划分以创建RAID卷，则处理继续进行方框204。否则，处理完成。

在方框204中，RAID卷被创建，与创建的RAID卷有关的信息被存储在元数据中。该信息包括“可见性”属性，该属性被设置为“默认”状态“暴露的”，从而使得该卷对操作系统/BIOS可见。处理继续进行方框206。

在方框206中，如果该RAID卷要被隐藏，处理就继续进行方框208。否则，处理继续进行方框210，以确定在组合逻辑空间中是否有其他的RAID卷要被创建。

在方框208中，存储在元数据中与被创建的卷相关联的可见性属性被设置为“隐藏的”。处理继续进行方框210。

在方框210中，如果阵列里有其他的卷要被创建，处理就继续进行方框204。否则，所有的RAID卷都已经创建，处理完成。

图3描述在运行时期间物理磁盘驱动器集合的逻辑视图。如图所示，磁盘驱动器的物理阵列200被划分为分布在物理磁盘驱动器集合上的元数据分区208和三个RAID卷202、204和206。这些RAID卷中的一个是用户卷202，其被导出(export)为“逻辑磁盘0”210。响应于操作系统/BIOS对可用卷列表的查询，该用户卷被导出给操作系统/BIOS。卷管理器通过递增一个卷计数值和返回关于卷的信息来“导出”该卷。

“逻辑磁盘0”对操作系统可见，作为显示在用户界面216中的“逻辑驱动器C:”。存储在用户卷202中的子文件夹“windows”和“program files”也在“逻辑驱动器C:”中可见。

还原环境卷206存储还原环境。还原环境包括针对备份/还原操作优化过的操作系统以及备份/还原应用程序。还原环境也可以用于从备份镜像还原用户数据，备份镜像可以存储在备份镜像卷204中，在正常操作期间该备份镜像卷也对操作系统隐藏。备份镜像通常包括层次文件系统中一个卷上的所有文件。在这里所示的实施例中，有一个单独的备份镜像卷204。在一替代性实施例中，该备份镜像可以存储在用户卷202中单独的目录中。

备份镜像卷204和还原环境卷206都具有被设置为“隐藏的”的“可见性”属性，并因此未被导出。因此，不存在与这些RAID卷中的每一个相关联的逻辑驱动器，从而备份镜像卷和还原环境对于操作系统/BIOS是不可见的。存储在备份镜像卷204中的子文件夹“备份镜像”218不能被BIOS或操作系统访问。类似地，存储在还原环境卷206中的子文件夹“还原环境”对于BIOS或操作系统来说是不可见的或不能被访问的。

只有被导出的用户卷202对于操作系统、BIOS和系统的用户来说是可见的并且可被访问的，其被存储在“逻辑卷0”上，该逻辑卷可被操作系统以“逻辑驱动器C:”来访问。由于所有对RAID卷202、204和206的访问都经过卷管理器，因此存储在隐藏RAID卷上的文件对于恶意软件是不可见的。

图4根据本发明的实施例的用于创建备份镜像的方法的流程图。

在方框400中，如果要创建备份镜像，处理继续进行方框214。否则，等待创建备份镜像的请求。

在方框402中，存储在元数据208中的备份镜像卷“可见性”属性被修改成“暴露的”，从而将备份镜像卷204暴露给操作系统和BIOS。这时，备份镜像卷204对于操作系统和BIOS是可见的。在针对微软视窗操作系统的一个实施例中，备份镜像卷被导出为“逻辑驱动器D:”，用户卷202被导出为“逻辑驱动器C:”。处理继续进行方框404。

在方框404中，备份镜像卷204被导出为“逻辑磁盘1”212。用户卷202被导出为“逻辑磁盘0”210。处理继续进行方框406。

在方框406中，由于备份镜像卷204和用户卷202两者都对操作系统和BIOS可见，因此用户卷202的内容的副本可以被存储在备份镜像卷204中。

图5是在从用户卷获取备份镜像时本发明实施例的逻辑视图。如图5所示，磁盘驱动器的物理集合200被划分成三个RAID卷202、204、206和一个元数据分区208。在备份/还原软件的安装/初始化期间，还原环境卷206被写入。

为了允许将用户卷202的内容复制到备份镜像卷204，这两个RAID卷对操作系统/BIOS都必须是可见的。为了能对操作系统/BIOS可见，用户卷202和备份镜像卷204的存储在元数据分区208中的“可见性”属性都必须被设定成“暴露的”。将存储在元数据分区208中、与备份镜像卷204相关联的“可见性”属性修改成“暴露的”，以允许备份镜像卷204被导出。与用户卷202相关联的“可见性”属性，由于在运行时期间该卷是可见的，因此它已经被设置成“暴露的”。

在使用微软视窗操作系统的实施例中，当从用户卷202获取镜像时，备份镜像卷204作为“逻辑驱动器D:”对操作系统、BIOS和系统的用户是可见的，使得操作系统能够将用户卷202的内容复制到备份镜像卷204。但是，还原操作系统环境206仍保持对于操作系统、BIOS和系统的用户隐藏。

图6是在微软视窗操作系统中实现的用于还原用户卷的方法的实施例的流程图。

在方框600中，用户请求卷还原。例如，如果计算机系统无法引导存储在用户卷中的操作系统，该计算机系统的用户可以在BIOS加电自检(POST)期间通过热键组合来请求还原操作。对卷还原的请求被转送至存储在与RAID子系统相关联的选项ROM中的固件。

在另一个实施例中，在非易失存储器中可以存储“失败引导计数器”。这个计数器使得卷管理器能够监视用户试图引导操作系统的不成功的次数。当操作系统被成功引导时，失败引导计数器被递减。因此，失败引导计数器的值表示进行还原操作系统尝试的次数。

失败引导计数器提供了无需要求计算机系统用户输入就可以自动启动还原操作的能力。如果用户反复尝试，但未能引导操作系统，则失败引导计数器将会超过一个预定的阈值。当失败引导计数器超过该阈值时，选项ROM中的固件就会立即启动还原操作，而无需用户的输入。因此，失败引导计数器消除了用户来请求还原操作的需要，使得还原操作的使用对于不精通计算机知识的用户变得更容易。处理继续进行方框602。

在方框602中，卷管理器确定它是否能够检测到存储RAID卷的硬盘驱动器。如果是，处理继续进行方框604。否则，处理继续至方框614而退出，这是因为无法利用还原环境卷206执行还原操作。

在方框604中，卷管理器对检测到的磁盘驱动器进行测试(诊断)来确定磁盘驱动器是否能使用。如果是，处理继续进行方框606。否则，处理继续至方框614而退出，这是因为还原操作无法执行。如果磁盘驱动器无法使用，用户界面可以显示一个错误消息来表明该磁盘驱动器无法使用，并且卷管理器可以提示用户输入有效的磁盘驱动器，从该驱动器可以执行恢复操作。例如，如果恢复环境卷206由于磁盘驱动器的硬件问题不能访问，则还原操作可能被转送至存储在例如CD或DVD这样的可移动媒介中的还原环境卷。

在方框606中，卷管理器读取元数据208来确定还原环境卷206是否存在以及还原环境卷206是否能使用。如果还原环境卷206存在并且可使用，处理继续进行方框608。否则，处理继续至方框614而退出，这是因为还原操作无法执行。用户界面可以显示一个错误消息。

在方框608中，卷管理器将隐藏的备份镜像卷204以及还原环境卷206导出，并隐藏用户卷202。通过修改元数据208中与用户卷202相关联的“可见性”属性来隐藏用户卷202，并通过修改与备份镜像卷204相关联的“可见性”属性来暴露备份镜像卷204。通过修改与还原环境卷相关联的“可见性”属性而暴露还原环境卷。还原环境被暴露之后，BIOS和操作系统无需用户请求就可以自动地从还原环境204引导。处理继续进行方框610。

在方框610中，在还原环境卷206引导操作系统后，操作系统启动用户界面应用程序与用户就还原操作进行交互。处理继续进行方框612。

在方框612中，还原操作被执行。在还原操作的最后，失败引导计数器被重置来表明还原操作已成功。

还原环境完成引导后，存储有备份镜像的该卷可以被导出并且备份镜像被可以被还原到用户卷，即，备份镜像卷被复制到用户卷来替换可能已经被损坏或毁坏的用户卷。

图7是在还原过程中本发明实施例的逻辑视图。在还原过程中，用户卷202通过存储在元数据208中与用户卷202相关联的“可见性”属性来被隐藏。备份镜像卷204和还原环境卷206被导出。这使得BIOS和操作系统从还原环境卷206而不是从用户卷进行引导。这种情况的发生无需任何用户交互，即在针对微软视窗操作系统的实施例中，备份镜像卷被导出至“逻辑驱动器D:”并且还原环境卷被导出至“逻辑驱动器C:”。在设置了自动从“逻辑驱动器C:”引导的系统中，引导操作从还原环境卷206开始，该还原环境卷从“逻辑驱动器D:”加载备份镜像卷。因此，还原操作的发生无需最终用户做任何决定。当操作系统被引导时，最终用户仅仅看到一个用户卷。正常操作期间，还原环境被隐藏。此外，无需安装可移动恢复盘。备份镜像对于系统是不可见的，并且只能通过卷管理器来访问，该卷管理器知晓已经在RAID阵列中被创建的卷。

对与本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施例中涉及的方法可以实现在包括计算机可用介质的计算机程序产品中。例如，这种计算机可用介质可以包括其上存储有计算机可读程序代码的只读存储器件(比如CD ROM盘或传统的ROM器件)或计算机磁盘。

虽然本发明的实施例通过参考这些实施例来具体地示出与描述，但本领域技术人员将会理解，可以对这些实施例在形式上和细节上进行各种修改，而不背离由所述权利要求涵盖的本发明的实施例的范围。

Claims

1.一种用于管理逻辑卷的装置，包括：

能够管理独立磁盘冗余阵列(RAID)子系统中逻辑卷的可见性的卷管理器、能够存储镜像的第一逻辑卷、能够存储还原环境以还原操作系统的备份镜像的第二逻辑卷，该第二逻辑卷在运行时期间对操作系统隐藏，一旦检测到对于还原操作的请求，该第二逻辑卷便被动态地暴露给该操作系统并且在所述还原操作期间该第一逻辑卷对该操作系统隐藏，所述第一逻辑卷和所述第二逻辑卷是RAID逻辑卷。

2.权利要求1所述的装置，进一步包括：

能够存储备份镜像用户数据的第三逻辑卷，该第三逻辑卷在所述还原操作期间被动态地暴露给所述操作系统。

3.权利要求1所述的装置，其中，每个逻辑卷具有相关联的可见性属性，该属性作为元数据存储在所述独立磁盘冗余阵列子系统中。

4.权利要求3所述的装置，其中，通过修改与所述第二逻辑卷相关联的可见性属性，该第二逻辑卷被动态地暴露。

5.一种用于管理逻辑卷的方法，其包括：

将镜像存储在独立磁盘冗余阵列(RAID)子系统的第一逻辑卷上，该第一逻辑卷对操作系统可见；

将用于还原操作系统的备份镜像的还原环境存储在所述独立磁盘冗余阵列子系统的第二逻辑卷上，该第二逻辑卷对所述操作系统隐藏；以及

一旦检测到对于还原操作的请求，所述第二逻辑卷便被动态地暴露给所述操作系统，并且在所述还原操作期间所述第一逻辑卷对该操作系统隐藏，所述第一逻辑卷和所述第二逻辑卷是RAID逻辑卷。

6.权利要求5所述的方法，进一步包括：

将备份镜像用户数据存储在第三逻辑卷上，该第三逻辑卷在还原操作期间被动态地暴露给所述操作系统。

7.权利要求5所述的方法，其中，每个逻辑卷具有相关联的可见性属性，该属性作为元数据存储在所述独立磁盘冗余阵列子系统中。

8.权利要求7所述的方法，其中，通过修改与所述第二逻辑卷相关联的可见性属性，该第二逻辑卷被动态地暴露。

9.一种用于管理逻辑卷的系统，包括：

独立磁盘冗余阵列(RAID)子系统；

卷管理器，所述卷管理器能够管理所述独立磁盘冗余阵列(RAID)子系统中逻辑卷的可见性，第一逻辑卷能够存储镜像，第二逻辑卷能够存储还原环境以还原操作系统的备份镜像，该第二逻辑卷在运行时期间对操作系统隐藏，一旦检测到对于还原操作的请求，该第二逻辑卷便被动态地暴露给该操作系统并且在所述还原操作期间该第一逻辑卷对该操作系统隐藏，所述第一逻辑卷和所述第二逻辑卷是RAID逻辑卷；以及

液晶显示器，用以显示可见的逻辑卷的内容。

10.权利要求9所述的系统，进一步包括：

11.权利要求9所述的系统，其中，每个逻辑卷具有相关联的可见性属性，该属性作为元数据存储在所述独立磁盘冗余阵列子系统中。

12.权利要求11所述的系统，其中，通过修改与所述第二逻辑卷相关联的可见性属性，该第二逻辑卷被动态地暴露。