CN103530138A - 基于嵌入式linux的文件系统数据保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法及装置，该方法包括以下步骤：在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区；在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；加载文件系统，当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。本发明的方法及装置，实现了对整个文件系统的保护及实际设计中经常修改或读写的用户文件的保护，对系统应用的可靠性提升具有重大意义。

Description

基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机数据安全领域，特别是涉及一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法以及一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置。

背景技术

在LINUX操作系统下的文件系统是操作系统的重要组成部分。文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件的数据而且还有文件系统的结构。

在嵌入式LINUX操作系统典型应用中，有好几个地方均要涉及到文件系统的操作，即对数据文件的操作，包括：

一、Linux系统成功加载文件系统后，在启动脚本中会加载驱动程序，系统和目标板准备就绪后调用应用程序；

二、在应用程序运行中，需要进行对目标板配置工作，启动多任务运行。其中配置工作大多是通过读出文件系统中的配置文件，以各种方式载入进行相关配置；

三、在调试阶段，会有大量数据保存到文件系统；

四、无论何时，应用程序在运行过程中，对于目标设备在现场运行时的系统关键数据，也需要反复写入或读出文件系统。

综上可知，文件系统的操作是非常频繁的，对文件系统数据进行保护非常有必要。然而现有技术中却不存在相关的对文件系统数据进行保护的方法，导致应用嵌入式设备LINUX操作系统的工程应用可靠性比较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述系统应用的可靠性比较低的问题，提供一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法及装置。

一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，包括以下步骤：

在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区；

在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；

加载文件系统，当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置，包括：

分区模块，用于在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区；

文件及备份文件建立模块，用于在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；

加载模块，用于加载文件系统，以及当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

由以上方案可以看出，本发明的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法及装置，按照整体和局部并重的方式进行了整体可靠性设计和重点可靠性设计，实现了对整个文件系统的保护及实际设计中经常修改或读写的用户文件的保护，如应用程序文件、驱动程序文件、系统配置文件以及系统关键数据文件等。本发明充分考虑了实际设计应用中的各种应用场景，有所区别的对不同应用状态下的数据保护提供了设计方法，在此在实际设计中如果采用本发明的方案，对系统应用的可靠性提升将会具有重大意义。

附图说明

图1为本发明一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法的流程示意图；

图2为NAND Flash分区示意图；

图3为加载文件系统流程示意图；

图4为本发明一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。

参见图1所示，一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，包括以下步骤：

步骤S101，在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区。

YAFFS2（Yet Another NAND Flash FileSytem2）是专门针对NAND设备的一种文件系统。它针对NAND Flash的特点采用增强的碎片回收和均衡磨损技术，大大提高了读写速度以及延长了存储设备的使用寿命，可以更好的支持大容量的NAND Flash芯片。而且YAFFS2在断电可靠性上的优势也很明显，这就进一步的提高了系统的稳定性。考虑到根文件系统不需要频繁地更改，这里嵌入式系统中使用的存储设备是NAND Flash。存储设备采用NAND Flash，具有自动跳过坏区存储的功能，可以保证存储的有效性。而且NAND Flash还具有成本低的特点。

作为一个较好的实施例，如图2所示，本发明中所述分区后的NAND Flash存储器除了包括上述的rootfs区、rootfs_bak区、usrfs区之外，还可以包括另外的三个区：Bootstrap区、Uboot区、Kernel区。其中，Boostrap区可实现初始化SDRAM及其它相关接口（SDRAM矩阵接口），能加载uboot到SDRAM，实现内存重映射功能，是整个程序的入口；Uboot区可实现加载linux内核和根文件系统、把控制权交由操作系统（linux内核）的功能；最后，Kernel区是存放Linux操作系统内核文件的，即该区用来运行linux操作系统。

对于具体的保护对象，按照整体和局部并重的方法，本发明将其分为整体可靠性设计和重点可靠性设计，前者是对整个文件系统的保护，后者是重点考虑实际设计中经常修改或读写的文件，比如应用程序文件、驱动程序文件、系统配置文件以及系统关键数据文件等。

对于具体的保护措施，可以从操作权限、均衡擦写、冗余备份等角度出发，保证文件系统的可靠运行。其中操作权限可以建立登录身份和密码管理，也可以根据具体文件的实际需求单独设置；均衡擦写可以有效延长NAND Flash的使用寿命，同时保证文件系统的可靠，YAFFS等类型文件系统已在MTD层实现均衡擦写；冗余备份既要可靠地保障数据文件，同时尽量降低实现的复杂度，以减少可能带来风险的环节。

在现场运行中反复读写的文件要设置成可读可写，需要重点保护，而其它在调试阶段才会修改的文件，可以考虑在投入现场运行时设置成只读属性。

步骤S102，在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件等。

作为一个较好的实施例，所述建立系统关键数据文件的过程具体可以包括：建立系统关键数据文件，并将所建立的系统关键数据文件分为只读数据和可读写数据，这样可以确保重要数据不被改写。

步骤S103，加载文件系统，当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

作为一个较好的实施例，在所述步骤S101将NAND Flash存储器进行分区之后、步骤S102建立用户文件之前，还可以包括步骤S1011：在所述用户文件系统中设置分别用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的文件夹，另外从数据冗余角度考虑，同时还设置用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的备份的备份文件夹。这样当主体文件被破坏时，可以从备份文件拷贝到主体文件，再正常操作。

例如，用户文件系统挂载在文件夹home下，设置文件夹用来分别保存上述用户文件：app、driver、digitdata、scrtdata，并对每个文件夹设置其拷贝（用来保存备份）：app_bak、driver_bak、digitdata_bak、scrtdata_bak。

需要说明的是，在步骤S102中建立好用户文件后，需要将建立的用户文件放进设置好的用于保存用户文件的文件夹中以及将用户文件的备份放进设置好的用于保存用户文件备份的文件夹中，作为一个较好的实施例，该过程具体可以包括如下步骤：

步骤S1021，建立系统关键数据文件及备份。建立的系统关键数据文件的扩展名为bin（即文件名为scrtdata.bin），同时建立备份文件scrtdata.bin.bak。将建立的系统关键数据文件保存在/home/scrtdata，以及将其备份保存在/home/scrtdata_bak。

系统关键数据文件以文件形式保存，保存着系统运行中关乎系统运行状态的系统关键数据，系统对其操作较为频繁。系统第一次创建此文件时，同时备份；在完成功率校表和系统调试后，发送字符串命令拷贝到备份文件夹。在系统运行过程中，如果打开或读写此文件失败，则从备份文件夹中拷贝过来，重新打开。

步骤S1022，建立配置文件及备份。所述建立的配置文件的扩展名为bin，保存在/home/digitdata；并将备份文件保存在/home/digitdata_bak。

配置文件是系统在上电时读取这些文件并配置到系统相应的设备或器件。制作用户文件系统时创建这些文件及备份；在系统调试时，随时同步更新这些文件及备份；系统调试完毕后，制作用户文件系统时要使用最新版的配置文件。在系统运行过程中，如果打开或读写此文件失败，则从备份文件夹中拷贝过来，重新打开。

步骤S1023，建立驱动程序文件及备份。所述建立的驱动程序文件的扩展名为ko，文件保存在/home/driver，其备份保存在/home/driver_bak。

步骤S1024，建立应用程序文件及备份。分别保存在/home/app和/home/app_bak。

驱动程序文件和应用程序文件的处理跟上述配置文件类似。系统在上电时加载驱动。制作用户文件系统时创建这些文件及备份；在系统调试时，随时同步更新这些文件及备份；系统调试完毕后，制作用户文件系统时要使用最新版的驱动程序文件。在系统启动过程中，如果打开或读写此文件失败，则从备份文件夹中拷贝过来，重新打开。

作为一个较好的实施例，步骤S103中加载文件系统、当加载失败时从备份区拷贝文件重新进行加载的过程具体可以包括：

步骤S1031，加载根文件系统。根文件系统是文件系统的重要组成部分，从可靠性角度出发，设置冗余备份。rootfs区为只读根文件系统，rootfs_bak区为rootfs区只读根文件系统的备份。参见图3所示，是一个实施例中的加载文件系统流程图。Kernel区启动并初始化，当Kernel区挂载rootfs区成功后，再挂载usrfs区到到根目录文件夹home下，运行启动脚本并启动应用程序。若rootfs区被破坏导致加载失败时，则从rootfs_bak区拷贝rootfs到rootfs区，再正常加载rootfs启动。需要说明的是，从均衡擦写角度考虑，usrfs区应当尽量大；

步骤S1032，加载用户文件系统。前面已经知道本发明中的用户文件主要包括应用程序文件、驱动程序文件、配置文件或系统关键数据文件，在本步骤中，当加载应用程序文件、驱动程序文件、配置文件或系统关键数据文件失败时，则可以从所述备份文件夹中拷贝相应的用户文件重新进行加载。

另外，还可以在本发明的最后设计一个文件损坏或丢失后恢复设计流程。由于该设计属于公知技术，在此不予赘述。设计完毕后对本发明的系统进行人为操作系统破坏及文件破坏测试，均能有效恢复数据文件。

与上述一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法相对应的，本发明还提供一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置，如图4所示，包括：

分区模块101，用于在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区；

文件及备份文件建立模块102，用于在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；

加载模块103，用于加载文件系统，以及当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

作为一个较好的实施例，本发明的装置还可以包括连接在所述分区模块、文件及备份文件建立模块之间的文件夹及备份文件夹设置模块，用于在所述用户文件系统中设置分别用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的文件夹，同时设置用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的备份的备份文件夹。

作为一个较好的实施例，所述加载模块可以包括根文件系统加载模块、用户文件系统加载模块；

所述根文件系统加载模块用于加载根文件系统，以及当加载rootfs区失败时，从rootfs_bak区拷贝rootfs到rootfs区，再正常加载rootfs启动。

所述用户文件系统加载模块用于加载用户文件系统，以及当加载应用程序文件、驱动程序文件、配置文件或系统关键数据文件失败时，从所述备份文件夹中拷贝相应的用户文件重新进行加载。

作为一个较好的实施例，在所述文件及备份文件建立模块中，所述建立的系统关键数据文件的扩展名可以为bin；以及所述建立的配置文件的扩展名也可以为bin；以及所述建立的驱动程序文件的扩展可以名为ko。

本发明的一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置的其它技术特征与上述一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法相类似，在此不予赘述。

通过以上方案可以看出，本发明的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法及装置，按照整体和局部并重的方式进行了整体可靠性设计和重点可靠性设计，实现了对整个文件系统的保护及实际设计中经常修改或读写的用户文件的保护，如应用程序文件、驱动程序文件、系统配置文件以及系统关键数据文件等。本发明充分考虑了实际设计应用中的各种应用场景，有所区别的对不同应用状态下的数据保护提供了设计方法，在此在实际设计中如果采用本发明的方案，对系统应用的可靠性提升将会具有重大意义。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区；

在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；

加载文件系统，当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，其特征在于，在所述将NAND Flash存储器进行分区之后、建立用户文件之前，还包括步骤：

在所述用户文件系统中设置分别用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的文件夹，同时设置用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的备份的备份文件夹。

3.根据权利要求2所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，其特征在于，所述加载文件系统、当加载失败时从备份区拷贝文件重新进行加载的过程具体包括：

加载根文件系统，当加载rootfs区失败时，从rootfs_bak区拷贝rootfs到rootfs区，再正常加载rootfs启动；以及

加载用户文件系统，当加载应用程序文件、驱动程序文件、配置文件或系统关键数据文件失败时，从所述备份文件夹中拷贝相应的用户文件重新进行加载。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，其特征在于，所述建立系统关键数据文件的过程具体包括：建立系统关键数据文件，并将所建立的系统关键数据文件分为只读数据和可读写数据。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护方法，其特征在于，所述分区后的NAND Flash存储器还包括三个区：Bootstrap区、uboot区、Kernel区。

6.一种基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置，其特征在于，包括：

分区模块，用于在基于NAND Flash存储器的嵌入式系统中建立LINUX操作系统的YAFFS2文件操作系统，并对所述NAND Flash存储器进行分区，所述分区后的NAND Flash存储器包括：只读根文件系统rootfs区、只读根文件系统备份rootfs_bak区以及可读写的用户文件系统usrfs区；

文件及备份文件建立模块，用于在所述用户文件系统中建立用户文件，并分别建立备份；所述用户文件包括：应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件；

加载模块，用于加载文件系统，以及当加载失败时，从备份区拷贝文件重新进行加载。

7.根据权利要求6所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置，其特征在于，还包括连接在所述分区模块、文件及备份文件建立模块之间的文件夹及备份文件夹设置模块，用于在所述用户文件系统中设置分别用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的文件夹，同时设置用于保存应用程序文件、驱动程序文件、配置文件以及系统关键数据文件的备份的备份文件夹。

8.根据权利要求7所述的基于嵌入式LINUX的文件系统数据保护装置，其特征在于，所述加载模块包括根文件系统加载模块、用户文件系统加载模块；

所述根文件系统加载模块用于加载根文件系统，以及当加载rootfs区失败时，从rootfs_bak区拷贝rootfs到rootfs区，再正常加载rootfs启动；

所述用户文件系统加载模块用于加载用户文件系统，以及当加载应用程序文件、驱动程序文件、配置文件或系统关键数据文件失败时，从所述备份文件夹中拷贝相应的用户文件重新进行加载。

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