CN103678040A - 一种基于计算机系统的快照和回退方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机系统的快照创建和恢复方法，该方法包括：计算机进入休眠状态，保存计算机系统的当前工作状态；暂停所述计算机系统的运行；保存所述计算机系统的CPU状态；判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，则保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络；开启系统数据还原点；如果是恢复快照，则从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存；恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入运行状态。

Description

一种基于计算机系统的快照和回退方法及系统

技术领域

本发明涉及一种计算机系统恢复技术，尤其涉及一种基于计算机系统的快照和回退方法及系统。

背景技术

现阶段市场上的系统快照软件主要有以下几种：

1、系统自带的休眠功能，需要重启恢复，不具备快照的动态恢复特点。

2、虚拟机的快照功能，完全具备快照的功能，但由于需要在虚拟机里实现，无法对真实计算机进行快照。

3、基于文件和注册表恢复的快照软件，这种软件由于只是提供类似的文件和注册表的扫描备份和恢复，对于其他类似磁盘数据，内存，等等，没有做处理，属于有局限性的快照功能。

4、基于磁盘还原的快照软件，这种软件需要重启恢复，且无法还原保存时系统状态，只能保存磁盘数据。

Windows系统自带的休眠功能是目前使用较多的系统备份还原技术，但该功能存在需要重启系统的缺点，且无法备份和还原多份快照。

附图1是现有技术中的计算机Windows系统保存和恢复的工作流程图。

现有技术中的系统保存工作流程如下：

1）计算机系统通知计算机硬件开始休眠；

2）计算机保存计算机系统内存内容到磁盘；

3）关闭计算机。

计算机系统恢复功能的工作流程如下：

1）开机，检测计算机系统之前保存的休眠数据；

2）从磁盘读取保存的休眠数据到内存；

3）根据读取到内存的休眠数据将系统还原到之前的休眠点。

附图2是磁盘还原的保存和恢复工作流程图。

磁盘还原的保存和恢复工作流程如下：

1）创建还原点；

2）对以后的磁盘读写做重定向；

3）用户发出还原命令；

4）系统重启；

5）丢弃还原点以后的重定向数据；

6）还原到还原点前的磁盘数据。

由现有技术中的上面两种方法可知，现有的系统备份和恢复的方法存在以下缺点：

1）对于有内存备份的，需要重启，且无法创建多份快照；

2）对于无内存备份的，无法还原系统当时状态，只能恢复系统磁盘数据。

由此可见，需要提供一种技术，不仅要融合现有技术的优点，还允许保存多份快照，恢复的时候无需重启机器，直接恢复到之前保存的系统状态，系统内存数据和磁盘数据一并还原。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于计算机系统的快照创建方法，该方法包括以下步骤：

（1）计算机进入休眠状态，保存计算机系统的当前工作状态；

（2）暂停所述计算机系统的运行；

（3）保存所述计算机系统的CPU状态；

（4）判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，则跳至第(5)步，否则恢复快照，跳至第(7)步；

（5）保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络；

（6）开启系统数据还原点；

（7）计算机进入运行状态。

进一步的，所述计算机系统是兼容ACPI（高级配置与电源接口）的计算机系统，所述步骤（1）中的休眠状态为ACPI中定义的S4休眠状态，所述步骤（7）中的运行状态为ACPI中定义的S0运行状态。

进一步的，利用Windows电源管理，使得计算机进入S4休眠状态，所述S4休眠状态是ACPI规定的标准电源状态，在该S4休眠状态下，计算机的各个设备将保存自己的设备状态，并让自身设备进入休眠模式。

进一步，通过同步CPU运行，暂停所述计算机系统的运行。

进一步的，所述非易失性存储器为以下之一：

a)固定磁盘，

b)移动磁盘，

c)闪存。

进一步的，通过指定所述计算机系统的一个CPU获取所述计算机系统的物理内存布局和大小，将物理内存通过页表逐一映射到虚拟内存，然后将所述物理内存中的当前运行数据保存到所述非易失性存储器。

进一步的，所述非易失性存储器为固定磁盘，在所述步骤（5）之后，通知磁盘驱动开启磁盘还原，从通知时起，写入所述磁盘的数据将被重定向，保证磁盘原始数据不被改动。

进一步的，在所述物理内存当前运行数据的保存过程中在显示器显示保存进度。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种恢复计算机系统的方法，首先利用上述的方法创建系统快照，以创建系统还原点，该恢复计算机系统的方法包括以下步骤：

（1）计算机进入休眠状态，保存所述计算机系统的当前工作状态；

（2）暂停所述计算机系统的运行；

（3）从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存；

（4）恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入运行状态。

进一步的，所述步骤（2）通过同步CPU运行，暂停所述计算机系统的运行。

进一步，所述计算机系统的第一个CPU通过非易失性存储器或计算机网络读取所述物理内存数据到物理内存，覆盖所述计算机系统的当前物理内存。

进一步的，在所述计算机系统的CPU通过非易失性存储器或计算机网络读取所述物理内存数据到物理内存的过程中，显示器显示恢复进度。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种计算机系统的快照创建系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入休眠状态，保存计算机系统的当前工作状态；

计算机暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

状态保存装置，保存所述计算机系统的CPU状态；

判断装置，判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络，开启系统数据还原点，否则恢复快照，计算机进入运行状态。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种利用上述方法创建的系统还原点恢复计算机系统的系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入休眠状态，保存所述计算机系统的当前工作状态；

计算机暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

数据恢复装置，从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存，恢复过程中在显示器显示恢复进度；

系统恢复装置，恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入运行状态。

附图说明

图1是是计算机系统保存和恢复的工作流程图

图2是磁盘还原的保存和恢复工作流程图。

图3是本发明的计算机系统快照和恢复流程图

图4是本发明中实施例一的快照流程图

图5是本发明实施例二中的快照创建系统

图6是本发明实施例二中的快照恢复系统

具体实施方式

高级配置与电源接口（英文：Advanced Configuration and Power Interface，缩写：ACPI），是1997年由英特尔、微软、东芝公司共同提出、制定提供操作系统应用程序管理所有电源管理接口，是一种工业标准，包括了软件和硬件方面的规范。2000年8月推出ACPI 2.0规格。2004年9月推出ACPI 3.0规格。2009年6月16日则推出ACPI 4.0规格。

ACPI规范定义了一台兼容ACPI的计算机系统可以有以下七个状态（所谓的全局状态）：

G0(’S0)正常工作状态：计算机的正常工作状态-操作系统和应用程序都在运行。CPU(s)执行指令。在这个状态下(即没有进入G1睡眠)，CPU和像硬盘、DVD驱动器等等这些的设备可以一再的进入和从低能源状态回来，叫做C0-Cn和D0-D3。(例如膝上型计算机，当使用电池运行的时候通常关掉所有当前未使用的设备；一些桌面型计算机也这么做来减少噪声。)

G1睡眠细分为从S1到S4这四种状态。系统从这几种状态被唤醒到G0运行（唤醒等待时间）所需的时间最短的是S1，其次是S2和S3，最后是S4。此外/sys/power/state对应的关键字与状态:standby(S1),mem(S3),disk(S4)。

S1：最耗电的睡眠模式。处理器的所有寄存器被刷新，并且CPU停止执行指令。CPU和内存的电源一直维持着，一些设备如果没有被使用那么就会被停止供电。这种模式通常指上电待机或者简单叫做POS，特别在BIOS设置界面上。一些新式的计算机不再支持S1；老式的电脑对S1支持可能要比S3好。

S2：一个比S1更深的睡眠状态，不过已经不给CPU供电了；然而，通常这种模式并不被采用。

S3：在BIOS中叫做″挂到内存″(Suspend to RAM/STR)，在Windows XP以后的Windows版本和一些Linux发行版中叫做″待机(Standby)″，在Windows Vista和Mac OS X则叫做″睡眠(Sleep)″，虽然ACPI规范仅仅提到术语″S3″和″睡眠(Sleep)″。在这个状态下，主存储器(RAM)仍然有电源供给，尽管它也是几乎唯一的有电源供给的组件。因为操作系统、所有应用程序和被打开的文档等等的状态都是保存在主存储器中，用户可以把工作恢复到正好上次他们保持的状态-计算机从S3状态回来时主存储器的内容和它进入S3状态时候的内容是相同象的。(规范中提到了S3和S2是相当类似的，只有更多的组件在S3状态下会被关掉电源。)相比较S4来说S3有两个好处；计算机恢复的过程比重启要快，第二，如果任何正在运行的应用程序(被打开的文档等等)有私有信息在里面，这些信息是不会被写到硬盘上的。然而，在系统不能被唤醒比如遇到了电源故障的时候，高速缓冲存储器可能会被flushed来防止数据毁坏。

S4：在Windows中叫休眠，在Mac OS X中叫作安全睡眠，也称为挂到硬盘，虽然ACPI规范中只提到了一个术语S4（main article:Hibernate(OS feature))。在这个状态下，所有主存储器的内容被储存在非挥发性存储器，例如硬盘，保护操作系统当前的状态，包括所有应用程序,打开的文档等.这意味着从S4恢复后，用户可以恢复到原本的工作状态，采用的方法和S3是一样的。S4和S3之间的差异是，除了把主存储器中的内容移进移出所消耗的时间以外,在S3状态下的时候如果一旦停电了,所有主存储器上的数据就会丢失,包括所有的没有保存的文档,而在S4状态下则没有影响.S4和其他的S状态有很大不同,事实上更类似G2Soft Off状态和G3 Mechanical Off状态,而不是S1-S3.在S4状态下的系统同样可进入G3(Mechanical Off)状态,并且保留S4时候的状态信息.所以它可以恢复到以前的运行状态在关掉电源之后.

G2（S5）Soft Off--G2，S5，和Soft Off都是相同的叫法。G2和G3Mechanical Off几乎是相同的，但有些部件仍然带电，使计算机仍然可以被键盘、时钟、调制解调器（电话唤醒）、LAN（网络唤醒）还有USB设备所唤醒。[1]在启动系统从G2恢复到G0正常工作模式的过程中，无论是G3Mechanical Off还是G2都得运行启动程序来启动操作系统。

此外，当操作系统在不支持ACPI的情况下运行，这种状态被定义为Legacy。在这个状态下，硬件和电源不是通过ACPI来管理的，实际上已经禁用了ACPI。

图3是本发明的计算机系统快照和恢复流程图，结合附图3，描述总体技术方案的实现过程如下：

创建快照流程：

（1）计算机进入S4(休眠状态)，硬件保存自身状态；

（2）暂停系统运行；

（3）保存CPU状态；

（4）判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，则跳至第(5)步，否则就是恢复快照，跳至第(7)步；

（5）保存物理内存到存储介质中，可以是固定磁盘，移动磁盘，网络等等，保存过程中在显示器显示保存进度；

（6）开启系统数据还原点，这里的磁盘是任何能生成磁盘驱动器的设备，比如硬盘，USB设备等等；

（7）计算机进入S0的运行状态。

恢复快照流程：

（1）计算机进入S4(休眠状态)，硬件保存自身状态；

（2）暂停系统运行；

（3）从存储介质中，获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存，恢复过程中在显示器显示恢复进度；

（4）恢复CPU状态，由于此时恢复的CPU状态是创建快照的第(3)步里保存的状态，所以恢复CPU状态完成后，CPU将跳往保存流程的第(4)步，进一步的恢复操作会在保存流程里完成。

实施例1

附图4是本发明中实施例的快照流程图。

创建快照流程：

（1）快照驱动接收到应用层（用户）的创建快照命令，该命令通过系统的DeviceIoCotrol接口发给驱动。

（2）利用windows电源管理，使得计算机进入S4(休眠)状态，S4电源状态是ACPI规定的标准电源状态，该状态下，计算机各个设备将保存自己的设备状态，并让自身设备进入休眠模式。

（3）向各个CPU插入DPC（延迟过程调用），同步CPU运行，暂停系统的运行。由于保存或恢复的时候，需要让操作系统停止运行，这样才能防止在保存或过程中修改内存或磁盘数据，造成快照不完整。向各个CPU插入DPC将使得快照驱动接管各个CPU，系统没有机会得到运行。

（4）各个CPU核心在快照驱动代码的管理下，开始保存自身的状态，包括各个寄存器的值，保存到指定的内存中即可。

（5）判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，则跳至第(6)步，否则就是恢复快照，跳至第(7)步。

（6）指定一个CPU(一般就CPU0)，获取系统物理内存布局和大小，然后将物理内存通过页表逐一映射到虚拟内存，写入到物理存储介质中，由于物理存储介质的速度比较慢，在这个过程中，可以在显示器显示进度。

i.由于物理内存空间被BIOS,PCI等占用了一部分，所以物理内存并不是连续的，需要从操作系统那里获取具体的内存布局。

ii.在保护模式下，物理内存无法直接访问，需要通过页表转换为虚拟内存后才能访问。物理存储介质在VSE里指的是硬盘，PC机上主要是ATA接口的硬盘，使用了IDE或AHCI控制器，故而需要分配对这两种控制器编写代码，使得写入硬盘时能操作IDE或AHCI硬盘控制器。

iii.由于写入硬盘速度慢，所以需要在显示器上显示进度，目前所有的PC上的显示器为VGA显示器，所以快照驱动可以直接按照VGA标准操作显示器，显示进度。

（7）通知磁盘驱动开启磁盘还原。磁盘还原驱动是“基于磁盘还原的快照软件”来实现的磁盘还原。从通知时起，写入磁盘的数据将被重定向，保证磁盘原始数据不被改动。

（8）利用windows电源管理，让计算机进入S0(运行)的运行状态。

恢复快照流程：

（1）快照驱动接收到应用层（用户）的恢复快照命令。

（2）利用windows电源管理，使得计算机进入S4(休眠)状态。

（3）向各个CPU插入DPC，同步CPU运行，暂停系统的运行。

（4）第一个CPU(CPU0)读取物理存储介质的数据到内存，覆盖当前物理内存，由于物理存储介质的速度比较慢，在这个过程中，可以在显示器显示进度。

（5）恢复CPU状态，由于此时恢复的CPU状态时创建快照的第(3)步里保存的状态，所以恢复CPU状态完成后，CPU将跳往保存流程的第(4)步。进一步的恢复操作会在保存流程里完成。

实施例2

附图5示出了本发明一种创建计算机系统快照的系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入S4(休眠状态)，保存计算机系统的当前工作状态；

运行暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

状态保存装置，保存所述计算机系统的CPU状态；

判断装置，判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络，可以是固定磁盘，移动磁盘，网络等等，保存过程中在显示器显示保存进度，开启系统数据还原点，这里的磁盘是任何能生成磁盘驱动器的设备，比如硬盘，USB设备等等；否则恢复快照，计算机进入S0运行状态。

附图6示出了本发明的一种利用上述方法创建的系统还原点恢复计算机系统的系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入S4(休眠状态)，保存所述计算机系统的当前工作状态；

运行暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

数据恢复装置，从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存；

系统恢复装置，恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入S0运行状态。

下面给出了上述实施例1的两种替换实施方式。

实施例3

高级沙箱

目前常见的沙箱都是“基于文件和注册表恢复的快照软件”，当一个程序在沙箱环境中运行时，沙箱为其虚拟了运行环境，程序修改的文件，注册表等操作将被重定向，保证不影响真实机器，但由于沙箱本身的特点，存在了虚拟不充分的特点，对于某些操作，比如访问系统服务，沙箱无法模拟，出于对真实环境的保护，沙箱对此类无法模拟的操作，给予了拒绝。由于沙箱无法模拟出系统所有环境，故并非对软件全兼容。目前市场上常见的沙箱类产品有“云端”、“sandboxie”等，都是基于此类技术。

对此，可以使用本发明实现高级沙箱的功能。利用快照保存和恢复的原理，不需要模拟运行环境，而是使用了真实环境，故而不存在兼容性问题。快照恢复后，被软件破坏的系统将被彻底恢复。

其保存和恢复流程图如实施例1中所述，这里不在重复。

实施例4

网吧动态还原系统

网吧还原系统都是“基于磁盘还原的快照软件”，当系统启动时，还原系统同时启动，对磁盘的读写操作进行重定向处理，用户修改的文件，磁盘数据等，将在重启的时候失效，这样可以有效的防止病毒的入侵，用户误操作导致系统损坏等问题。但该还原技术需要重启计算机。目前市场上常见的磁盘还原类产品有“雨过天晴”、“奇兔”等，都是基于此类技术。

利用本发明可以实现网吧系统的动态还原，无需重启计算机，由于本发明同时将磁盘和内存数据同时还原，因而可以方便的、动态的还原。

其保存和恢复流程图如实施例1中所述，这里不在重复。

通过本发明，取得了以下技术效果：

（1）简化快照恢复流程，不需要重启计算机等操作

（2）提高恢复精确性，直接恢复到上次操作的计算机状态，而不仅仅是恢复磁盘。

（3）允许多快照保存和恢复，允许恢复到历史的任何快照。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应保护在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于计算机系统的快照创建方法，该方法包括以下步骤：

（1）计算机进入休眠状态，保存计算机系统的当前工作状态；

（2）暂停所述计算机系统的运行；

（3）保存所述计算机系统的CPU状态；

（4）判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，则跳至第(5)步，否则恢复快照，跳至第(7)步；

（5）保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络；

（6）开启系统数据还原点；

（7）计算机进入运行状态。

2.根据权利要求1所述的方法，所述计算机系统是兼容ACPI（高级配置与电源接口）的计算机系统，所述步骤（1）中的休眠状态为ACPI中定义的S4休眠状态，所述步骤（7）中的运行状态为ACPI中定义的S0运行状态。

3.根据权利要求2所述的方法，利用Windows电源管理，使得计算机进入S4休眠状态，所述S4休眠状态是ACPI规定的标准电源状态，在该S4休眠状态下，计算机的各个设备将保存自己的设备状态，并让自身设备进入休眠模式。

4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤（2）通过同步CPU运行，暂停所述计算机系统的运行。

5.根据权利要求1所述的方法，所述步骤（5）中的非易失性存储器为以下之一：

a)固定磁盘，

b)移动磁盘，

c)闪存。

6.根据权利要求1所述的方法，所述步骤（5）中通过指定所述计算机系统的一个CPU获取所述计算机系统的物理内存布局和大小，将物理内存通过页表逐一映射到虚拟内存，然后将所述物理内存中的当前运行数据保存到所述非易失性存储器。

7.根据权利要求1所述的方法，所述非易失性存储器为固定磁盘，在所述步骤（5）之后，通知磁盘驱动开启磁盘还原，从通知时起，写入所述磁盘的数据将被重定向，保证磁盘原始数据不被改动。

8.一种通过权利要求1创建的系统还原点恢复计算机系统的方法，该方法包括以下步骤：

（1）计算机进入休眠状态，保存所述计算机系统的当前工作状态；

（2）暂停所述计算机系统的运行；

（3）从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存；

（4）恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入运行状态。

9.根据权利要求8所述的方法，所述计算机系统是兼容ACPI（高级配置与电源接口）的计算机系统，所述步骤（1）中的休眠状态为ACPI中定义的S4休眠状态，所述步骤（4）中的运行状态为ACPI中定义的S0运行状态。

10.根据权利要求8所述的方法，所述步骤（2）通过同步CPU运行，暂停所述计算机系统的运行。

11.根据权利要求8所述的方法，所述计算机系统的CPU从所述非易失性存储器或计算机网络读取所述物理内存数据到物理内存，覆盖所述计算机系统的当前物理内存。

12.一种基于计算机系统的快照创建系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入休眠状态，保存计算机系统的当前工作状态；

计算机暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

状态保存装置，保存所述计算机系统的CPU状态；

判断装置，判断当前是创建快照还是恢复快照，如果是创建快照，保存所述计算机系统的物理内存当前运行数据到非易失性存储器或计算机网络，开启系统数据还原点，否则恢复快照，计算机进入运行状态。

13.一种通过权利要求1创建的系统还原点恢复计算机系统的系统，该系统包括：

计算机休眠装置，使得计算机进入休眠状态，保存所述计算机系统的当前工作状态；

计算机暂停装置，暂停所述计算机系统的运行；

数据恢复装置，从非易失性存储器获取物理内存数据，并覆盖当前物理内存，恢复过程中在显示器显示恢复进度；

系统恢复装置，恢复所述计算机系统的CPU状态，在恢复所述CPU状态后，计算机进入运行状态。

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