CN101438266B - 按照离散的级引导操作系统 - Google Patents

Abstract

将计算设备配置为按级装配和引导操作系统。首先得到包括足以支持基本联网的操作系统的主要引导映像。一旦通过下载或从设备上的存储得到了该主要引导映像，就引导该主要引导映像来启动联网。一旦联网活动，就挂起该设备的引导活动，并且由该设备下载一个或多个次要操作系统映像。将这些映像链结到主要引导映像，从而创建单个/内聚的操作系统。按“级”接连引导这些次要操作系统映像，其中每个接连的级是建立在前面级的功能上的。

Description

按照离散的级引导操作系统

背景

在嵌入式系统上存储是宝贵的资源。许多嵌入式设备不包括硬盘驱动器，因为它们是昂贵的并且很多时候是发生故障的首要元件。由于对新驱动器制作映像以及设备所需的拆卸和重配置的成本，硬盘驱动器的替换也是昂贵的。因此，许多嵌入式设备需要通过网络引导机制来引导。一般使用英特尔的预引导执行环境(PXE)标准，但是该标准的网络平台以及认证支持是十分局限的。

概述

提供本概述以便用一种简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

计算设备被配置成按照级使用离散的操作系统映像的各级装配和引导操作系统。得到的操作系统的每个后继映像建立在最后一个映像上，并且当组合操作系统映像时它们创建完整的操作系统。首先为该设备得到包括了足以支持基本联网能力的操作系统的主要引导映像。一旦通过下载或从设备上的本地存储得到了该主要引导映像，就引导该主要引导映像来启动联网客户机。一旦该联网客户机活动，就挂起设备的引导活动。这提供了认证客户机、服务器以及有可能认证用户的机会，然后由设备使用由主要引导映像提供的更丰富的网络平台来下载一个或多个次要操作系统映像。将这些次要映像链结到主要引导映像，从而创建了单个/内聚的操作系统。这些次要操作系统各自都建立在前面级的功能上。

附图简述

图1示出了包括按照离散级引导的操作系统的示例计算体系结构；

图2显示了被配置为支持按照离散级引导操作系统的示例文件系统；

图3显示了用于按照离散级引导设备的分阶段时间线；

图4显示了用于按照离散级引导操作系统的过程。

详细描述

现在参考附图描述各实施例，附图中相同的标号表示相同的元素。具体地，图1以及相应的讨论旨在提供对于在其中可以实现各实施例的合适的计算环境的简要、概括的描述。

一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构以及其它类型的结构。也可以使用其它计算机系统配置，包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费者电子产品、小型计算机、大型计算机等。也可使用其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备来执行的分布式计算环境。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备中。

现在参考图1，将描述在各实施例中所利用的包括按照离散级引导的操作系统的计算机100的示例计算机体系结构。图1所示的计算机体系结构可以被配置为移动计算设备和/或常规计算设备。例如，计算设备100可以被配置为智能电话、PDA、台式计算机、服务器、图形输入板、膝上型计算机等。计算设备100还可以被配置为嵌入式计算设备。

如图所示，计算设备100包括中央处理器单元5(“CPU”)、包括了随机存取存储器9(“RAM”)以及只读存储器(“ROM”)11的系统存储器7、以及将存储器耦合到CPU5的系统总线12。系统存储器7可以是非易失性和易失性存储器的任何组合。包含了诸如在启动过程中帮助在计算机中的元件之间传递信息的基本例程的基本输入/输出系统被存储在ROM11中。计算机100可以包括用于存储包括(一旦得到的)主要引导映像26以及一个或多个次要操作系统映像34的操作系统16的大容量存储设备14。

按照级来引导操作系统16。在设备100启动时，可以从设备100上的存储检索或者从诸如服务器34的网络位置下载主要引导映像26。例如，可通过利用PXE标准来下载主要引导映像30来从服务器34处得到主要引导映像30。该主要引导映像包括足以支持基本联网的操作系统16。一旦通过下载或从设备上的存储得到该主要引导映像，就在设备100上引导主要引导映像26来启动设备100的联网。

一旦设备100上的联网客户机活动，就挂起设备100的引导活动，并且由设备(34)下载一个或多个次要操作系统映像32。得到的操作系统16的每个次要操作系统映像都建立在已经接收到的最后一个操作系统映像上。将这些次要操作系统映像17链结到主要引导映像26来创建单个/内聚的操作系统16。根据一个实施例，将操作系统映像(17和26)作为分开的映像存储在大容量存储设备14上，但是对设备100上的应用程序表现为单个内聚的文件系统(参看图2以及相关的讨论)。可以将操作系统16配置为在每个操作系统映像与前面的映像链结之后接连继续引导该操作系统映像。或者，可以将操作系统映像的任何组合链结起来，并且从而继续引导阶段。每个接连的操作系统映像都建立在前面的操作系统映像的功能之上。虽然其它设备可以按照级引导操作系统，但是它们在整个处理中并不是使用同一操作系统。一般而言，这些系统执行BIOS或次要操作系统中的关键功能来初始引导设备，然后用替换操作系统来替换该功能。

大容量存储设备14通过连接到总线12的大容量存储控制器(没有显示)连接到CPU5。大容量存储设备14以及与之相关联的计算机可读介质为计算机100提供了非易失性存储。虽然这里包含的对于计算机可读介质的描述指的是诸如硬盘、DVD驱动器、或CD-ROM驱动器的大容量存储设备，但是计算机可读介质可以是能够被计算机100访问的任何可用介质。

作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质以及通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法和技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括，但不限于，RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其它固态存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(“DVD”)、或者其它光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其它磁性存储设备、或者能被用来存储需要的信息并且能被计算机100访问的任何其它介质。

根据各实施例，计算机100可以使用通过诸如因特网的网络18到远程计算机的逻辑连接在联网环境中操作。计算机100可以通过连接到总线12的网络接口单元20连接到网络18。网络接口单元20还可用于连接到其它类型的网络和远程计算机系统。该连接可以是有线和/或无线的连接。

如前简述，可以将多个程序模块和数据文件存储在包括适合于控制计算设备的操作的操作系统16的计算机100的存储器中。计算设备100可以是包括嵌入式操作系统以及其它嵌入式数据、文件和应用程序的嵌入式系统。

根据一个实施例，所有或者一些存储器可以是闪存、或某种其它适合于嵌入式系统的存储器。大容量存储设备14和RAM9还可以存储一个或多个程序模块。

图2显示了被配置为支持按照离散级引导操作系统的示例文件系统。如图所示，文件系统200包括应用程序202、文件系统请求204、包括引导驱动器234和底层文件系统232的虚拟文件系统230，其中底层文件系统232包括主要映像236和次要映像238。

当应用程序202通过文件系统请求204向附连的卷请求要读或写的数据时，将该请求传递至由引导驱动器234实现的虚拟文件系统230。

引导驱动器234允许操作系统映像(主要映像236和次要映像238)被诸如应用程序202的任何应用程序将看作内聚的文件系统。作为分开文件独立存储的每个操作系统映像(主要映像236和次要映像238)都可以被作为覆盖加载，并且向系统表现为虚拟文件系统230中的单个文件集合。可以将操作系统映像存储在底层文件系统232和/或RAM中，在这种情况下引导驱动器直接从存储器访问操作系统。

根据一个实施例，当加载完整操作系统的一映像时，引导驱动器234加载RAM和/或底层文件系统中存在的每个操作系统映像，并且链结这些操作系统映像。将主要引导映像236与次要操作系统映像238链结起来允许了操作系统从多个文件来引导。根据一个实施例，引导驱动器234检查配置信息来标识从其中初始引导的适当操作映像。如果配置信息不可用，或者没有找到，引导驱动器234在底层文件系统232根级别查找引导文件。如上所述，将主要映像236配置为提供网络功能的最小集合，从而可以使用标准的联网协议得到次要映像238。

图3显示了用于按照离散级引导设备的分阶段时间线。如图所示，时间线被划分为POST/DHCP阶段310、PXE阶段320、主要引导映像下载阶段330、次要映像下载阶段340、以及最终引导阶段350。用特定事件以及对于在每个阶段中标识的任务和事件的基本描述来标识过程中的每个阶段。

根据一个实施例，在设备通电之后，运行开机自测(POST)。根据一个实施例，当POST完成时，设备的网络接口卡(NIC)发送DHCP发现消息以获得设备IP地址。该DHCP请求包括请求PXE引导信息以及请求PXE服务器的位置的信息。

在PXE阶段320中，设备请求并接收PXE引导信息，并且下载网络引导程序以及诸如OS加载程序的操作系统加载程序。还可以得到其它引导配置数据和信息。例如，可以得到主要引导映像的位置、是从服务器下载还是从本地大容量存储设备得到主要引导映像。如上所述，可以将主要引导映像存储在设备上。当主要引导映像被存储在设备上时，可以跳过PXE阶段320以及主要引导映像下载阶段330。当设备还没有包括主要引导映像时，设备向服务器发送PXE请求。

根据一个实施例，使用TFTP来下载在PXE响应中指定的PXE引导程序(启动程序)、操作系统加载程序(OS加载程序)、引导配置数据、以及其它文件。一旦下载了这些组件，该过程就移动到其中设备加载OS加载程序的主要映像下载阶段330，根据一个实施例，该阶段创建RAM磁盘、并使用TFTP下载主要引导映像、并且将该映像放入RAM磁盘。

OS加载程序开始引导过程，并且使用单播(TFTP)协议来下载主要引导映像。一旦下载结束，设备就加载包括内核、联网客户机、驱动器等的基本操作系统组件。

在加载完整的操作系统之前主要引导映像提供更多的功能。根据一个实施例，主要引导映像组件包括RAM磁盘管理器、多播客户机、设备标识应用程序、以及状态应用程序。在主要引导映像下载阶段330中，下载剩余操作系统映像的定义，调整RAM磁盘的大小来接受次要映像，并且下载任何设备身份/状态包(为了效率而使用单播协议)。

根据一个实施例，然后启动本机的多播客户机，并且向多播服务器发送请求。如果多播服务器不在“广播”，它将开始广播适当的次要映像。如果它已经在广播次要操作系统映像了，则它使这一客户机请求的映像排队等候。然后设备开始“收听”多播广播，接受在映像定义中指定的数据、并且重新装配或处理次要映像到RAM磁盘。当重新装配完成时，应用设备身份和状态信息，并且恢复设备的引导过程。或者，可以使用单播协议得到操作系统映像。下载次要操作系统映像以通过从轻量的一般联网操作系统移动到诸如由华盛顿州雷蒙德市的微软公司提供的MICROSOFT WINDOWS

操作系统的完全配置的操作系统来增强操作系统的功能。

在最终引导阶段级350，不需要请求系统重新引导，而使用在引导程序步骤用过的同一操作系统继续引导过程。

现在参考图4，将描述用于按照离散级引导操作系统的说明性过程。当阅读对此处所呈现的例程的讨论时，应当理解到各实施例的逻辑操作被实现为(1)在计算系统上运行的计算机实现的动作或程序模块的序列和/或(2)计算系统内的互连机器逻辑电路或电路模块。该实现是取决于计算系统性能要求的一种选择。因此，所示并组成这里所描述的实施例的逻辑操作广泛地涉及操作、结构设备、动作、或模块。可以用软件、固件、专用数字逻辑、以及它们的任何组合来实现这些操作、结构设备、动作、和模块。

图4显示了用于按照离散级引导操作系统的过程400。在开始操作之后，该过程移动至其中得到主要引导映像的操作405。判定块410确定是将该主要引导映像存储在磁盘上还是将该主要引导映像存储在网络位置。

当主要引导映像被存储在磁盘上或设备的另一存储器位置内时，该过程移动至其中从设备处得到主要引导映像的操作420。

当主要引导映像被存储在网络位置时，该过程移动至其中从网络位置得到主要引导映像的操作415。如上所述，主要引导映像包括足以实例化设备上的网络客户机的联网能力。一旦得到了主要引导映像，在操作425处就开始引导过程。

在设备的初始引导中，在操作430处加载联网客户机。一旦加载了联网客户机，就在操作435处暂停设备的引导过程。过程可以移动至认证操作438，该操作提供了认证以下各项中一个或多个的机会：客户机、服务器、以及用户。认证上述之一的失败可以导致引导处理异常中断。当设备被认证时，引导过程继续至操作440，从而可以得到一个或多个次要操作系统映像。次要操作系统映像为操作系统提供了更多的功能。联网客户机可以使用安全协议来下载次要映像以及提供多播支持。

转至操作445，将近来得到的次要操作系统映像链结到前面的映像。在得到第一个次要操作系统映像的情况下，将它链结到主要引导映像。如上面关于图2的讨论，映像的链结创建了单个操作系统的逻辑映像。

流至判定块450，作出是否要得到其他次要操作系统映像的判断。操作系统可以包括任何数目的次要操作系统映像。例如，一个完整的操作系统可以包括两个次要操作系统映像，而另一个完整的操作系统可以包括三个或者更多次要操作系统映像。

当没有要加载和链结的其他次要操作系统映像时，该过程流至其中继续引导过程以增加新链结的操作系统映像的功能的继续操作455。虽然在得到所有次要操作系统映像之后示出了继续操作455，但是也可以在得到每个次要映像之后继续引导过程。然后过程移动至结束操作并且返回至处理其它动作。

以上说明书、示例、以及数据提供了对于本发明组成的制造和使用的完整描述。由于本发明的许多实施例可以在不背离本发明的精神和范围的前提下实现，因此本发明驻留在所附权利要求书中。

Claims (20)

1.一种用于在设备上按照离散级引导操作系统的计算机实现的方法，所述方法包括：

得到主要引导映像；

使用所述主要引导映像来开始所述设备的引导过程；

暂停所述引导过程；

得到次要操作系统映像；

将所述次要操作系统映像链结到所述主要引导映像，以使得所述主要引导映像与所述次要操作系统映像构成所述操作系统；以及

继续所述引导过程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到所述主要引导映像包括从所述设备上的存储器或者从网络位置得到所述主要引导映像。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到所述次要操作系统映像包括加载联网客户机以及使用所述联网客户机从网络位置得到所述次要操作系统映像。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，从所述网络位置得到所述主要引导映像包括使用英特尔的预引导执行环境PXE标准。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在加载所述联网客户机时暂停对所述设备的引导，以及执行认证操作。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括当将所述次要操作系统映像链结到所述主要引导映像上时继续所述引导。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述主要引导映像和所述次要操作系统映像当作所述设备上的分开文件在底层文件系统中维护。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，使用所述联网客户机来得到所述次要操作系统映像包括使用多播协议。

9.一种用于在设备上按照离散级引导操作系统的系统，所述系统包括：

用于得到主要引导映像的装置；

用于使用所述主要引导映像来开始所述设备的引导过程的装置；

用于暂停所述引导过程的装置；

用于得到次要操作系统映像的装置；

用于将所述次要操作系统映像链结到所述主要引导映像，以使得所述主要引导映像与所述次要操作系统映像构成所述操作系统的装置；以及

用于继续所述引导过程的装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述用于得到主要引导映像的装置包括用于从所述设备上的存储器或者从网络位置得到所述主要引导映像的装置。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述用于得到次要操作系统映像的装置包括用于加载联网客户机以及使用所述联网客户机从网络位置得到所述次要操作系统映像的装置。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述用于从网络位置得到所述主要引导映像的装置包括用于使用英特尔的预引导执行环境PXE标准的装置。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括用于在加载所述联网客户机时暂停对所述设备的引导的装置以及用于执行认证操作的装置。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括用于在将所述次要操作系统映像链结到所述主要引导映像上时继续所述引导的装置。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，将所述主要引导映像和所述次要操作系统映像当作所述设备上的分开文件在底层文件系统中维护。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述用于得到次要操作系统映像的装置包括用于使用多播协议的装置。

17.一种用于按照离散级来引导设备的操作系统的计算机实现的方法，包括：

得到主要引导映像；

开始所述设备的引导过程来加载网络客户机；

开启所述网络客户机；

暂停所述设备的引导过程；

下载次要操作系统映像；

链结所述主要引导映像与所述次要操作系统映像以形成所述操作系统的一部分；

加载并链结一个或多个附加次要操作系统映像，以使得所述主要引导映像与所述次要操作系统映像构成所述操作系统；以及

继续所述引导过程。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括从以下各项中的一个得到所述主要引导映像：所述设备上的存储器以及网络位置。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述主要引导映像以及所述次要操作系统映像被当作所述设备上的分开的文件但是对于应用程序表现为单个文件系统来维护。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，得到所述主要引导映像利用单播协议，而得到所述次要操作系统映像利用多播协议。

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