CN107590272B - 一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，步骤包括：S1：在国产飞腾主机的操作系统中分出系统根分区和快照分区；S2：将所述快照分区配置到系统文件中；S3：重启所述国产飞腾主机；S4：在所述操作系统启动的initrd阶段将所述系统根分区和所述快照分区分别以只读方式和读写方式挂载到不同的目录下；S5：按用户的要求进行相应的操作；S6：以所述系统根分区挂载目录和所述快照分区挂载目录下所有快照为底层目录，以工作目录为上层目录，利用Overlay文件系统将所述底层目录和所述上层目录分别挂载到所述系统根目录下。本申请的有益效果是：安装简单，使用方便；底层目录和上层目录分开，互不影响，保证了操作系统的稳定性；不需新添其他硬件，实施成本低。

Description

一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法

技术领域

本申请属于计算机操作系统备份技术领域，具体地说，涉及一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法。

背景技术

overlay文件系统：一个overlay文件系统包含两个文件系统，一个upper文件系统和一个lower文件系统，是一种新型的联合文件系统。overlay是“覆盖…上面”的意思，overlay文件系统则表示一个文件系统覆盖在另一个文件系统上面。

在操作系统领域中，快照(Snapshot)技术主要是在操作系统上实现的一种记录某一时间系统状态的技术。使用快照技术可以实现对操作系统的瞬时备份和快速恢复。目前，应用较为广泛的操作系统快照技术主要是针对传统的如x86处理器体系结构，但据我们所知，还没有集体或个人发布过适用于国产飞腾处理器平台的银河麒麟操作系统快照技术。

国产飞腾处理器是基于非x86处理器体系结构设计和实现的，其处理器体系结构与传统的如x86处理器体系结构有本质区别。这一不同会导致大部分依赖于非飞腾体系结构的二进制软件包根本无法在国产飞腾处理器平台上运行，需要针对国产飞腾处理器平台重新实现。

此外，现有的桌面计算机和服务器大多直接运行在初始的操作系统中，任意数据的任何修改都会直接在初始操作系统中生效，操作系统的安全性存在隐患；而现有的快照软件只是实现一系列离散时刻的增强式快照镜像备份，无法根据用户需求还原到指定的系统状态，操作系统的稳定性也存在隐患。

中国发明专利“一种快照实现方法及快照系统”(申请号CN201510612490.5)，该申请公开了一种快照实现方法及快照系统，该方法包括：当用户将新IO数据发送至所述快照系统，以利用所述新IO数据替换目标数据块中的原IO数据时，对所述新IO数据进行缓存处理，得到相应的缓存数据；当所述快照系统处于无用户读写数据的空闲状态时，将所述原IO数据迁移至所述数据卷，然后将所述缓存数据迁移至所述目标数据块。该申请解决了数据存储应用中存在的快照写入性能较差的问题，并没有考虑到本专利申请所考虑的操作系统备份问题。

中国发明专利“一种Windows虚拟机系统盘备份还原方法”(申请号CN201310719669.1)，该发明提供了一种Windows虚拟机系统盘备份还原方法，解决云计算环境大量Windows虚拟主机的系统盘快速备份和还原问题，使应用和服务停止的时间缩短。该发明只适用于云环境中Windows虚拟机的备份还原，并没有考虑到本专利申请所考虑的Linux操作系统备份还原问题。

中国发明专利“一种基于Docker实现交换机操作系统备份的方法”(申请号CN201610030226.5)，该发明基于Docker技术，实现了交换机网络操作系统配置的分离备份，可以按需备份，同时将交换机配置备份在远端服务器，能够有效地避免数据丢失及降低不可恢复概率。该发明只适用于基于Linux内核的交换机网络操作系统领域，并没有考虑到本专利申请所应用的通用桌面和服务器操作系统领域。

中国发明专利“一种基于Btrfs文件系统的系统备份还原方法”(申请号CN201610922662.3)，该申请包括系统备份和系统还原两个过程，利用Btrfs文件系统特性创建新的备份系统，所需时间短，且不需要额外的空间来存储备份后数据，还原系统也是在短时间内完成，还原后重启即可进入备份的系统。虽然该申请解决了Linux操作系统在x86硬件平台上的快速全备份和还原问题，并没有考虑到本专利申请针对的国产飞腾处理器所特有的平台架构问题，以及本专利申请所涉及到的Overlay文件系统。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，能够根据国产飞腾处理器平台的软硬件特性、国产飞腾处理器平台的体系结构需求以及Overlay文件系统的具体功能，通过提供面向国产飞腾处理器平台的快照软件，实现了基于Overlay文件系统的操作系统的快速备份和还原。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，并采用以下技术方案来实现。

一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，步骤包括：S1：在国产飞腾主机上安装操作系统，分出系统根分区和快照分区；S2：将所述快照分区配置到系统文件中，并更新initrd文件及配置信息；S3：重新启动所述国产飞腾主机；S4：在所述操作系统启动的initrd阶段将所述系统根分区和所述快照分区分别以只读方式和读写方式挂载到不同的目录下；S5：按用户的要求进行相应的操作；S6：以所述系统根分区挂载目录和所述快照分区挂载目录下所有快照为底层目录，以工作目录为上层目录，利用Overlay文件系统将所述底层目录和所述上层目录分别挂载到所述Overlay文件系统的根目录下。

进一步的，所述步骤S1通过使用gparted软件分出单独的空白分区作为所述快照分区。

进一步的，所述步骤S2具体包括：S21：安装工具软件kylinsnapshottools，将/etc/kylinoverlay.conf文件中的kylinoverlay项的值配置成所述快照分区；S22：采取命令行执行方式更新所述initrd文件及配置信息，命令行为$sudo update-initramfs-u。

进一步的，所述步骤S4具体包括：S41：判断所述系统根分区的挂载目录和所述快照分区的挂载目录是否存在，如果所述挂载目录有一个或者两个不存在，则创建不存在的所述挂载目录，然后进入下一步；若均存在，直接进入下一步；S42：分别挂载所述系统根分区与所述快照分区，其中所述系统根分区以只读方式挂载在对应目录下，所述快照分区以读写方式挂载在对应目录下。

进一步的，所述步骤S4中所述系统根分区挂载在/media/root-ro目录下，所述快照分区挂载在/media/root-rw目录下。

进一步的，所述步骤S5具体包括：S51：判断是否需要备份快照、恢复还原或者备份和还原都不需要，若需要备份快照，则进入步骤S52；若需要恢复还原，则判断是自定义恢复还原还是系统默认自动还原，若为自定义恢复还原则进入步骤S53，若为系统默认自动还原则进入步骤S54；若备份和还原都不需要，则进入步骤S6。

进一步的，所述步骤S52具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，进入所述S6；所述步骤S53具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，再根据用户自定义的具体需求删除需要还原的操作系统快照，进入所述S6；所述步骤S54具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，还原所述所有的更改，并删除所述工作目录/media/root-rw/overlay，清除所述操作系统上次运行期间的用户操作，进入步骤S6。

进一步的，所述S6步骤具体包括：S61：判断所述快照分区下是否存在所述工作目录/media/root-rw/overlay，若不存在，则新建所述工作目录/media/root-rw/overlay后进入下一步，若存在则直接进入下一步；S62：以所述系统根分区挂载目录/media/root-ro和所述快照分区挂载目录下/media/root-rw/backup的所有快照为所述底层目录，以所述工作目录/media/root-rw/overlay为所述上层目录，用所述Overlay文件系统形式将所述底层目录和所述上层目录挂载到系统根目录下，形成新的根文件系统。

进一步的，所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，还包括步骤S7：当所述操作系统正常启动后需要建立快照，则通过执行overlaymanager-commit命令，将本次启动后的所有操作作为快照保留，或者通过所述S3、所述S4、所述S5和所述S6重新创建快照。

进一步的，所述S51中，所述系统默认自动还原功能是所述操作系统默认的还原设置，且所述默认的还原设置通过执行关闭命令可以关闭。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：满足了国产飞腾平台用户对快照系统的需求；安装简单，仅需配置快照分区，使用方便；所有用户操作与更改均在快照分区的工作目录下进行，对底层目录的操作系统完全没有影响，保证了操作系统的稳定性；不需新添其他硬件，实施成本低。

当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请Overlay文件系统的结构图。

图2是本申请快照实现方法的流程图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

国产飞腾处理器平台上的操作系统快照实现方法中Overlay文件系统的结构图如图1所示，主要包括三个层次：底层目录、上层目录和用户。其中，底层目录是由操作系统根分区挂载目录和快照目录构成，底层目录的数据只能以只读方式进行访问，快照目录可以包含若干个操作系统快照镜像文件，每个操作系统快照都可以将数据映射到上层目录。上层目录就是用户可以直接操作的工作目录，由于工作目录中运行的不是初始操作系统，而是某个操作系统快照，所以工作目录中的数据是可以读写的。

国产飞腾处理器平台上基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，需要在国产飞腾平台上执行以下操作：

(1)快照分区单独分出；

(2)在操作系统启动的initrd阶段将操作系统根分区和快照分区分别以只读方式和以读写方式挂载到不同的目录下；

(3)如需要创建快照，则将上次关机前操作系统的所有更改操作备份为新的快照存放在快照分区下；如需还原，则根据用户实际还原需求删除指定的部分系统快照；

(4)删除上次启动计算机时生成的工作目录，清除上次关机前操作系统的所有更改，不留操作痕迹(此功能可通过相应开关来控制打开和关闭)；

(5)在快照分区下新建工作目录，以操作系统根分区挂载目录以及快照分区下所有快照为底层目录，以工作目录为上层目录，利用Overlay文件系统将底层目录和上层目录分别挂载到Overlay文件系统的根目录下；

(6)Overlay文件系统可以保障用户的所有操作都在工作目录中进行，所有修改都不会影响底层目录。

接下来，描述根据本发明在国产飞腾处理器平台上基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法的一个实例。

下面参考图2描述基于Overlay文件系统的操作系统快照方法的实现流程。具体步骤如下：

步骤S201：在国产飞腾主机上安装银河麒麟操作系统，使用gparted软件单独分出一个空白分区/dev/sda2，系统根分区为/dev/sda1；

步骤S202：安装银河麒麟快照系统的工具软件(kylinsnapshottools)，并配置/etc/kylinoverlay.conf文件中的kylinoverlay项的值为上一步中空白分区/dev/sda2；

步骤S203：采取命令行执行方式更新initrd文件及配置信息，命令行为$sudoupdate-initramfs-u；

步骤S204：重新启动国产飞腾主机；

步骤S205：在操作系统启动的initrd阶段分别将操作系统根分区以只读的方式和将快照分区(需单独分出，初始必须为空白分区)以读写方式挂载到不同的两个目录，操作系统根分区应该挂载在/media/root-ro目录，快照分区应挂载在/media/root-rw目录。判断操作系统根分区与快照分区的挂载目录是否存在，如果这两个目录不存在，则首先创建这两个挂载目录，然后进入下一步；否则，直接进入下一步；

步骤S206：分别挂载操作系统根分区与快照分区，其中根分区只读挂载在/media/root-ro目录，快照分区读写挂载在/media/root-rw目录；

步骤S207：判断是否需要备份快照，或恢复还原，或备份和还原都不需要，如果用户选择备份快照，则进入步骤S208；如果用户自定义选择恢复还原，则进入步骤S209；如果用户沿用系统默认的自动还原，则进入步骤S210；如果用户选择备份和还原都不需要，则进入步骤S211；

步骤S208：创建操作系统快照，将上次关机前所有更改(即上次启动时的工作目录/media/root-rw/overlay)备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，之后进入步骤S211；

步骤S209：根据具体需求删除用户指定的操作系统快照，之后进入步骤S211；

步骤S210：当用户没有指定，沿用系统默认的自动还原时，系统删除上次启动时创建的工作目录/media/root-rw/overlay，清除上次启动时所有的用户操作(此默认功能可以开关)；

步骤S211：如果快照分区下不存在工作目录/media/root-rw/overlay，则新建该工作目录后进入下一步；否则，不再新建，直接进入下一步；

步骤S212：以/media/root-ro目录以及/media/root-rw/backup目录下所有快照为底层目录，以/media/root-rw/overlay为上层目录，用Overlay文件系统形式将这两个目录挂载到/根目录下，形成新的根文件系统；

步骤S213：用户的所有操作已经位于工作目录当中，不会对底层操作系统造成影响，正常启动后如需建立快照，只需执行overlaymanager-commit命令，重启后本次启动的所有操作将会作为快照保留；

步骤S214：快照系统默认开启自动还原功能，如需要关闭系统默认自动还原功能，只需执行overlaymananger-n命令行即可。

本申请的有益效果是：满足了国产飞腾平台用户对快照系统的需求；安装简单，仅需配置快照分区，使用方便；所有用户操作与更改均在快照分区的工作目录下进行，对底层目录的操作系统完全没有影响，保证了操作系统的稳定性；不需新添其他硬件，实施成本低。

以上对本申请实施例所提供的一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，不同机构可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明创造构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：步骤包括：S1：在国产飞腾主机上安装操作系统，分出系统根分区和快照分区；S2：将所述快照分区配置到系统文件中，并更新initrd文件及配置信息；S3：重新启动所述国产飞腾主机；S4：在所述操作系统启动的initrd阶段将所述系统根分区和所述快照分区分别以只读方式和读写方式挂载到不同的目录下；S5：按用户的要求进行相应的操作；S6：以所述系统根分区挂载目录和所述快照分区挂载目录下所有快照为底层目录，以工作目录为上层目录，利用所述Overlay文件系统将所述底层目录和所述上层目录分别挂载到所述Overlay文件系统的根目录下。

2.根据权利要求1所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述S1通过使用gparted软件分出单独的空白分区作为所述快照分区。

3.根据权利要求1所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：S21：安装工具软件kylinsnapshottools，将/etc/kylinoverlay.conf文件中的kylinoverlay项的值配置成所述快照分区；S22：采取命令行执行方式更新所述initrd文件及配置信息，命令行为$sudo update-initramfs-u。

4.根据权利要求1-3任一所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：S41：判断所述系统根分区的挂载目录和所述快照分区的挂载目录是否存在，如果所述挂载目录有一个或者两个不存在，则创建不存在的所述挂载目录，然后进入下一步；若均存在，直接进入下一步；S42：分别挂载所述系统根分区与所述快照分区，其中所述系统根分区以只读方式挂载在对应目录下，所述快照分区以读写方式挂载在对应目录下。

5.根据权利要求4所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述系统根分区挂载在/media/root-ro目录下，所述快照分区挂载在/media/root-rw目录下。

6.根据权利要求1-3、5任一所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括：S51：判断是否需要备份快照、恢复还原或者备份和还原都不需要，若需要备份快照，则进入步骤S52；若需要恢复还原，则判断是自定义恢复还原还是系统默认自动还原，若为自定义恢复还原则进入步骤S53，若为系统默认自动还原则进入步骤S54；若备份和还原都不需要，则进入步骤S6。

7.根据权利要求6所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述步骤S52具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，进入步骤S6；所述步骤S53具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，再根据用户自定义的具体需求删除需要还原的操作系统快照，进入步骤S6；所述步骤S54具体为：创建操作系统快照，将上一次关机前所有的更改备份为新的快照存放在/media/root-rw/backup目录下，还原所述所有的更改，并删除所述工作目录/media/root-rw/overlay，清除所述操作系统上次运行期间的用户操作，进入步骤S6。

8.根据权利要求1-3、5、7任一所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述S6步骤具体包括：S61：判断所述快照分区下是否存在所述工作目录/media/root-rw/overlay，若不存在，则新建所述工作目录/media/root-rw/overlay后进入下一步，若存在则直接进入下一步；S62：以所述系统根分区挂载目录/media/root-ro和所述快照分区挂载目录下/media/root-rw/backup的所有快照为所述底层目录，以所述工作目录/media/root-rw/overlay为所述上层目录，用所述Overlay文件系统形式将所述底层目录和所述上层目录挂载到系统根目录下，形成新的根文件系统。

9.根据权利要求1-3、5、7任一所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：还包括步骤S7：当所述操作系统正常启动后需要建立快照，则通过执行overlaymanager-commit命令，将本次启动后的所有操作作为快照保留，或者通过所述S3、所述S4、所述S5和所述S6重新创建快照。

10.根据权利要求6所述基于Overlay文件系统的操作系统快照实现方法，其特征在于：所述系统默认自动还原功能是所述操作系统默认的还原设置，且所述默认的还原设置通过执行关闭命令可以关闭。

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