CN108062262A

CN108062262A - 基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统

Info

Publication number: CN108062262A
Application number: CN201711419761.0A
Authority: CN
Inventors: 林志玮; 黄志炜; 吴少华
Original assignee: Xiamen Meiya Pico Information Co Ltd
Current assignee: Xiamen Meiya Pico Information Co Ltd
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-05-22

Abstract

本发明提供一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统，方法包括：获取系统磁盘分区的有效使用空间；获取所述空间内存储的包括主引导记录扇区数据的所有原始磁盘数据，并对其进行数据压缩，组织成预设格式的备份数据；将所述备份数据存储至隐藏备份分区。本发明对操作系统相关的扇区数据(包括主引导记录扇区数据)采用预设格式进行备份并将其存储在一隐藏备份分区；在系统感染了病毒或者文件系统被破坏，无法进入系统时，能够通过还原备份的扇区数据有效、及时地恢复系统。

Description

基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统

技术领域

本发明涉及数据备份领域，具体说的是一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统。

背景技术

数据备份顾名思义，就是将数据以某种方式加以保留，以便在系统遭受破坏或其他特定情况下，重新加以利用的一个过程。数据备份的根本目的，是重新利用，这也就是说，备份工作的核心是恢复，一个无法恢复的备份，对任何系统来说都是毫无意义的。在实际情况中，厂商或集成商更多的是向用户吹嘘，自己的产品在备份过程中如何的巧妙。然而，作为最终用户，一定需要清醒的认识到，能够安全、方便而又高效的恢复数据，才是备份系统的真正生命所在。也许很多人会以为，既然备份系统已经把需要的数据备份下来了，恢复应该不成什么问题。其实不然，事实上，无论是在金融电信行业的数据中心，还是在普通的桌面级系统中，备份数据无法恢复，从而导致数据丢失的例子数不胜数。

仅从现有的备份软件来看，国外巨头的产品占据国内备份软件市场90％以上，国内的大型存储厂商几乎没有自主研发的备份软件，而是通过代理销售或OEM销售国外的备份软件。国外产品在激烈的市场竞争中脱颖而出，但是从信息安全角度考虑，大面积应用国外产品无疑是有安全隐患的。

备份软件的作用在于：当电脑遭遇黑客、病毒、木马攻击、误操作或者其他灾难事件而发生数据丢失后，可以快速地恢复。从技术上讲，备份软件把需要备份的数据以数据流的形式写入磁带机、磁带库、虚拟带库等备份设备。以这种备份方式工作，备份设备在操作系统上显示为裸设备，操作系统无法访问，也无法随意更改和拷贝数据，从而达到备份目的。

当前一些备份软件厂商选择了基于文件拷贝的技术路线——相当于把需要备份的数据从服务器的C盘拷贝到D盘，而这种简易拷贝的形式并不能真正实现备份安全。

主流的备份软件的系统备份主要针对系统分区进行相关文件备份，并且制作成备份文件，然后基于备份文件进行还原。现有的备份软件，主要存在以下问题：

1、备份数据以文件形式存在文件系统中。而备份数据容易遭到病毒感染或者人为误操作删除或篡改。

2、没有备份主引导记录扇区(以下简称MBR)。当计算机启动并完成自检后，首先会寻找磁盘的MBR并读取其中的引导记录，然后将系统控制权交给它。由此可见，如果MBR损坏，则后续所有工作都无法继续进行。当前病毒技术常有感染MBR扇区数据，导致系统无法正常运行，无法获取用户数据，而用户数据是完好的。仅备份了分区数据还原后还是无法启动系统。

通过上述总结主流备份软件的不足，本申请提出一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统，以克服上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统，能够在数据原因无法进入系统时可靠、及时的恢复系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，包括：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

获取所述空间内存储的包括主引导记录扇区数据的所有原始磁盘数据，并对其进行数据压缩，组织成预设格式的备份数据；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

本发明提供的另一个技术方案为：

一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原系统，包括第一计算机存储介质，其上存储有第一计算机程序，所述第一计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

本发明的有益效果在于：对操作系统相关的扇区数据(包括主引导记录扇区数据)采用预设格式进行备份并将其存储在一隐藏备份分区；在系统感染了病毒或者文件系统被破坏，无法进入系统时，能够通过还原备份的扇区数据有效、及时地恢复系统。本发明采用无格式备份数据，不基于文件系统，而是直接将备份数据保存在隐藏扇区中不被查看，相较于现有技术基于文件系统的备份方式，更不易遭受破坏，实现对备份数据的有效保护；同时，备份数据中包含主引导记录扇区数据，从而补充了系统启动时所需关键引导数据，保证引导扇区遭受破坏而无法启动系统时能通过还原恢复。本发明极大的提高备份数据的可靠性及有效性，也极大提升用户操作便捷性，具有高安全性、高可靠性、易操作性等特点。

附图说明

图1为本发明的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法的备份流程示意图；

图2为本发明的备份数据的格式结构；

图3为本发明实施例一的备份流程示意图；

图4为本发明实施例一的还原流程示意图；

图5为本发明实施例三的备份数据第一个扇区信息；

图6为本发明实施例三的获取的备份数据；

图7为本发明实施例三中的备份数据数据头长度。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：对操作系统相关的扇区数据(包括主引导记录扇区数据)采用预设格式进行备份并将其存储在一隐藏备份分区；在系统感染了病毒或者文件系统被破坏，无法进入系统时，能够通过还原备份的扇区数据有效、及时地恢复系统。

下面，为了更好的理解本发明的内容，对所涉及的专业技术用语进行解释：

扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。硬盘的读写以扇区为基本单位，即扇区为系统硬盘上的最小存储单元。扇区是硬盘出厂时便设定好的，无法修改。磁盘上的数据从0号扇区开始写入，一个扇区的存储空间写满后，依序写入下一个扇区。

分区：通过分区软件对磁盘进行划分得来，即“我的电脑”中可见的“C盘”、“D盘”；每个分区可以对应包含至少一个的扇区；分区是由使用者按照个人喜好划分出来的。

WinPE系统：一个只有Windows内核，并运行在内存中的迷你系统。可用于系统恢复。可以完全摆脱正在使用的系统无法格式化重装，或者无法进入系统备份重要文件。WinPE下，你可以任意操作硬盘上的文件而不会因为文件正在使用而无法删除等，也可以直接格式化系统分区，因为这个系统运行于内存，绝对不牵扯到硬盘中的任何文件。

请参照图1以及图2，本发明提供一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，包括：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明具有高安全性，高可靠性，易操作性。备份镜像采用将扇区数据直接记录在磁盘扇区中，并且保存在隐藏备份分区中，相较于基于文件系统的备份镜像，更不易被破坏；并且备份的镜像包含了引导扇区数据，解决了引导扇区感染病毒或遭受破坏无法进入系统问题。

进一步的，还包括：

引导进入WinPE系统；

定位所述隐藏备份分区在系统磁盘的扇区位置，然后对应获取所述备份数据；

依据所述预设格式解析并还原所述备份数据。

由上述描述可知，采用自引导还原方式，具有较高便利性，且能够实现高效快速还原。

进一步的，所述预设格式的备份数据为包含头信息、头信息校验值、压缩数据、压缩数据校验值、完成标识结构的备份数据；所述头信息中包括所述压缩数据对应系统磁盘的起始扇区号和结束扇区号。

由上述描述可知，通过对所要备份的原始磁盘数据依据预设的格式重新组织，能够提高备份数据的安全性，同时方便后续直接依据格式实现快速准确还原。

进一步的，所述依据所述预设格式解析并还原所述备份数据，具体为：

依据所述备份数据中头信息的标识判断当前数据是否为所需的备份数据；

若是，获取所述备份数据中的完成标识结构，判断所述备份数据是否完整；以及对所述头信息进行验证，判断验证结果与头信息校验值是否一致；

若判断结果均为是，则对所述头信息进行解析，获取压缩数据对应系统磁盘的起始扇区号和结束扇区号；

依据所述起始扇区号和结束扇区号，获取所述压缩数据；

解压所述压缩数据得到原始磁盘数据，并将其以逐步覆盖的方式从系统磁盘的0号扇区开始依序写入。

由上述描述可知，能够直接依据预设格式实现准确、快速的备份数据还原。

进一步的，还包括：

通过系统磁盘分区管理工具创建一指定大小且不带驱动器号的未格式分区；

更改所述未格式分区的标识为隐藏分区以获取一隐藏备份分区。

由上述描述可知，将备份数据写入用户无法使用，不可见的分区，能有效防止备份数据遭到破坏。

进一步的，所述将所述备份数据存储至隐藏备份分区，具体为：

将所述备份数据写入到所述隐藏备份分区中，并记录所述备份数据存储在隐藏备份分区中对应系统磁盘的起始扇区位置、结束扇区位置，以及所述备份数据对应的原始磁盘数据存储在系统磁盘的起始扇区位置、结束扇区位置。

由上述描述可知，在存储备份数据的同时记录包括备份数据在备份分区中的存储位置信息以及所备份的原始数据在磁盘的存储位置信息，能够为后续快速准确地还原提供支持。

进一步的，所述原始磁盘数据包括所述主引导记录扇区数据和有效使用扇区数据。

由上述描述可知，保存系统相关的扇区数据，包括有主引导记录扇区数据和系统分区有效使用扇区数据即当前系统已使用的磁盘空间；不仅能够满足日常运用需求而恢复出有效使用的磁盘数据，更重要的是，还能够实现在系统遭破坏时通过备份的主引导记录扇区数据实现系统恢复。

本发明提供的另一个技术方案为：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能够实现基于第一计算机程序的执行自动实现扇区数据的有效备份，且该备份方式具有较高可靠性的同时，还能够支持快速、有效的恢复系统。

进一步的，还包括第二计算机存储介质，其上存储有第二计算机程序，所述第二计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

引导进入WinPE系统；

依据所述预设格式解析并还原所述备份数据。

由上述描述可知，能够基于第二计算机程序的执行实现一键还原操作，以自引导方式进入还原系统中，执行基于存储扇区数据的快速、高效还原，具有操作简易性和可靠性等优点。

实施例一

请参照图2至图4，本实施例提供一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，不仅能够满足日常需求而恢复出有效使用扇区数据；更重要的是，还能够实现在系统遭破坏时通过备份的主引导记录扇区数据(MBR)实现系统恢复。

当计算机启动并完成自检后，首先会寻找磁盘的MBR并读取其中的引导记录，然后将系统控制权交给它。如果MBR损坏，则后续所有工作都无法继续进行。因此，如果仅依据传统方式备份有效使用的磁盘数据，一旦MBR遭到破坏，即使将有效使用的磁盘数据成功还原后也还是无法启动系统。本实施例很好了解决了上述问题，如图3所示，具体方法可以包括以下步骤：

一、备份过程

S1：获取系统磁盘分区的有效使用空间。

可以通过获取系统分区使用的最大扇区号来确定有效使用空间：从0号扇区至所述最大扇区号为有效使用空间。

该步骤的具体实施过程包括：

S101：分析文件系统元文件：主文件表MFT文件(即$MFT文件)及位图文件(即$BITMAP文件)。

其中，$MFT文件用来记录每个文件和目录的信息。除引导扇区外，访问其他任何一个文件前都要先访问$MFT文件，在$MFT文件中找到该文件内容并对其进行访问。其中，$BITMAP文件是描述文件系统中所有簇的分配情况。通过分析$MFT文件找到$BITMAP文件所在位置信息，访问$BITMAP文件内容。

S102：逆向遍历$BITMAP文件内容找到最后一个分配簇的位置，转换成所在磁盘的扇区位置，获得最大使用扇区号。

S2：制作隐藏备份分区。

可选的，可以使用系统磁盘分区管理工具DiskPart制作用户无法使用也不可见(无法在计算机信息中查看，磁盘管理中也无法对该分区进行修改，格式化操作)的隐藏备份分区。具体的，利用所述DiskPart使用Create指令创建一个指定大小并且不带驱动器号的未格式分区，再使用SETID指令更改分区标识为隐藏分区，如set id＝分区系统标志。通过制作隐藏备份分区用于存储后续的备份数据，有效防止备份数据遭到破坏。

S3：备份存储扇区数据。

系统磁盘分区内，存储有包括主引导记录扇区数据(MBR)和有效使用扇区数据的原始磁盘数据。

该步骤通过获取所述空间内存储的所有原始磁盘数据，然后对其进行数据压缩，组织成预设格式的备份数据，然后存储至隐藏备份分区来实现。

其中，如图2所示，所述预设格式依次包括头信息、头信息校验值、压缩数据、压缩数据校验值、完成标识结构。其中，所述压缩数据为直接压缩所获取的原始磁盘数据得到的数据；所述头信息中记录包括压缩数据对应系统磁盘的起始扇区号和结束扇区号，以及头信息标识，该标识用于判断该数据是否为备份数据。所述完成标识结构用于标识该备份数据是否完整。

具体的，该步骤的具体实施过程包括：

S301：根据从步骤S1获得的最大使用扇区号，从系统所在磁盘的0号扇区到所述最大使用扇区号，逐段读取数据，所读取到的数据即所要备份的原始磁盘数据；

S302：将读取到的原始磁盘数据进行压缩，得到压缩数据；可选的，通过使用zlib压缩库对原始磁盘数据进行压缩。

S303：将压缩数据按照上述预设的备份数据格式重新组装，组装成包括头信息、头信息校验值、压缩数据、压缩数据校验值、完成标识结构的备份数据。

S304：将所述备份数据存储至步骤S2制成的隐藏备份分区中。

备份数据以上述预设格式记录在隐藏备份分区的扇区中，便于校验备份数据的完整性，并且具备不易破解的优点。

具体的，该步骤的存储过程包括：将备份数据写入到预先制作好的隐藏备份分区的扇区中，并记录下包括备份数据的存储位置，以及所备份的原始磁盘数据的存储位置的备份信息，得到备份记录信息。其中，所述备份数据的存储位置，指的是备份数据存储在备份分区中的空间区域对应系统磁盘的起始扇区位置和结束扇区位置，即备份数据在磁盘的存储位置；所述所备份的原始磁盘数据的存储位置，指的是所备份的原始磁盘数据对应系统磁盘的起始扇区位置、结束扇区位置。该记录将用于后期还原。

二、备份还原过程

在知晓上述备份过程的前提下，一般情况下能可逆推导出还原过程。

在此，提供一种自引导还原系统，能够实现一键还原。其实质上通过一计算机存储介质(即本发明的第二计算机存储介质，如U盘)实现，介质上存储有自引导还原程序(即本发明的第二计算机程序)；通过将其加载到内存系统中，然后通过硬盘启动及该计算机存储介质启动，即可自动运行自引导还原程序，实现备份数据的自动、准确、高效还原。

具体的，所述自引导还原系统是定制化的WinPE系统，以ISO文件形式存放在主系统中。主系统通过引导程序对所述WinPE系统ISO进行加载，自动进入到WinPE系统中。该过程无需手动执行。所述ISO加载，通过引导程序将ISO加载内存中运行，进入系统后自动执行还原程序，流程参照图4。

所述自引导还原程序(即本发明的第二计算机程序)，在被处理器读取执行后，能够实现以下步骤：

S4：引导进入WinPE系统。

可选的，通过第一引导程序实现自引导进入WinPE系统：

通过使用系统BcdEdit命令Create创建新的启动菜单项，该菜单项为WinPE系统的入口，还原时利用bootsequence指令设置一次性启动进入WinPE系统。

S5：读取备份数据，还原备份的原始数据。

具体的，进入所述WinPE系统后，自启动第二引导程序能够实现：

S501：获取备份数据；

首先，由于隐藏备份分区是指定大小，因此可以根据分区大小，计算出隐藏备份分区在系统磁盘的扇区位置；然后从该扇区位置中直接读取备份记录信息(上述步骤S304记录的信息)；然后，依据备份记录信息获取到备份数据所在隐藏备份分区对应磁盘存储的起始扇区位置及结束位置(即上述S304中的备份数据的存储位置)，以及所备份的原始磁盘数据的存储位置。再然后，在上述的备份数据的存储位置空间范围内读取备份数据。

S502：解析备份数据；

首先，读取备份数据中的头信息，检查头信息中的数据标识，判断该数据是不是备份数据。如果是备份数据，则依据头信息长度，获取剩余的加密头信息，然后解密出来，获取压缩数据对应存储在系统磁盘的起始扇区号及结束扇区号(即压缩数据的存储位置)。

然后将读取出来的头信息进行校验，将验证结果与头信息校验值进行比对；验证成功后，获取备份数据中的完成标识结构，确保备份数据是完整的。

最后根据获取到的压缩数据的存储位置，从中读取压缩数据，并根据压缩格式，解压数据，获取备份的原始数据(即原始磁盘数据)。

S503：备份数据写入原扇区；

将备份的原始数据根据读取的顺序，从操作系统所在磁盘的0号扇区开始逐步覆盖系统分区所占用扇区。

S504：系统生效；

备份数据重新覆盖完成后，刷新磁盘信息，重启计算机，还原结束。

本实施例通过解析系统分区有效使用空间，针对该部分存储扇区数据进行获取，并将获取的数据进行压缩，压缩后与所述的数据头信息、数据头校验值、备份数据校验值及备份数据完成标识重新组装成带压缩格式的备份数据；并将其保存在隐藏备份分区。进行还原时，通过自引导启动进入还原系统中，系统进入后自启动还原程序，执行基于存储扇区数据的操作系统进行行还原操作。

实施例二

本实施例对应实施例一，提供一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原系统，包括第一计算机存介质和第二计算机存储介质；所述第二计算机存储介质即实施例一中的自引导还原系统。

具体的，所述第一计算机存储介质，其上存储有第一计算机程序，所述第一计算机程序被处理器执行时能够实现上述实施例一中“一、备份过程”所包含的所有步骤；

所述第二计算机存储介质，其上存储有第二计算机程序，即实施例一所述的自引导还原程序，所述自引导还原程序被处理器执行时能够实现上述实施例一中“二、备份还原过程”所包含的所有步骤。

实施例三

请参照图5至图7，本实施例对应实施例一和实施例二，提供一具体运用场景，以已经备份好的磁盘数据为基础，详细说明还原过程：

1、如图5所示，为根据备份记录信息记录的起始位置，读取的备份数据的第一扇区信息。由图可知，头三个字节30 00 18代表这部分数据是备份数据标识，后续信息内容为备份时间，系统分区大小，系统有效使用空间及备份时间。其中，备份时间及系统分区大小用于显示备份记录；系统有效使用空间用于还原时写入数据最终大小；系统分区大小在还原开始前对系统分区大小进行校验，如果备份时系统分区大小与还原时的不一致，会造成还原出错，不允许还原。

2、读取如图6所示的具体的备份数据：

2.1备份数据的头七个字节是备份数据标识，内容是[45 56 46 09 0D 0A FF]，如果不是以这七个字节内容开始的备份数据是异常的，无法进行还原。

2.2读取八字节数据头长度，获取到如图7所示的数据库头长度；

2.3将该长度的数据转换成10进制，接下来按该长度读取数据头内容；

2.4数据头最后2个字节是数据头内容的校验值，通过对这段数据内容进行校验计算，计算出来的校验值同最后两个字节内容说明该数据头合法；

2.5接下来读取八字节内容该内容记录备份数据总长度，字节为单位；

2.6以512扇区读取带宽进行备份数据读取；

2.7读取出来的备份数据按照备份时候加密方式进行解密，还原出原始数据；

2.8根据系统分区实际使用空间大小，从磁盘0扇区开始，每次按512扇区大小将原始数据写入磁盘扇区中，直到写到系统分区实际使用空间所对应的扇区位置。

3、原始数据重新覆盖完成后，重启系统，还原完成。

通过本实施例的还原，能够实现以最快最有效的方式将系统恢复出厂模式，以正常使用，具有广阔的运用前景。

综上所述，本发明提供的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法及其系统具有高安全性，高可靠性，易操作性等特点。备份镜像是以扇区数据直接记录在磁盘扇区中，并且保存在隐藏备份分区中，相较于基于文件系统的备份镜像，更不易被破坏；并且备份的镜像包含了引导扇区数据，解决了引导扇区感染病毒或遭受破坏无法进入系统问题；进一步的，自引导的还原系统为还原操作带来便利性，用户无需关心过多的还原步骤，只需一键执行。本发明这种基于存储扇区数据的操作系统备份及还原方式简化了基于文件系统的操作系统备份及还原繁琐的用户操作，并且相比基于文件系统的操作系统备份还原更可靠、更高效。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，包括：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

2.如权利要求1所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，还包括：

引导进入WinPE系统；

依据所述预设格式解析并还原所述备份数据。

3.如权利要求2所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，所述预设格式的备份数据为包含头信息、头信息校验值、压缩数据、压缩数据校验值、完成标识结构的备份数据；所述头信息中包括所述压缩数据对应系统磁盘的起始扇区号和结束扇区号。

4.如权利要求3所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，所述依据所述预设格式解析并还原所述备份数据，具体为：

依据所述起始扇区号和结束扇区号，获取所述压缩数据；

5.如权利要求1所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，还包括：

6.如权利要求1所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，所述将所述备份数据存储至隐藏备份分区，具体为：

7.如权利要求1所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原方法，其特征在于，所述原始磁盘数据包括所述主引导记录扇区数据和有效使用扇区数据。

8.一种基于存储扇区数据的操作系统备份和还原系统，其特征在于，包括第一计算机存储介质，其上存储有第一计算机程序，所述第一计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取系统磁盘分区的有效使用空间；

将所述备份数据存储至隐藏备份分区。

9.如权利要求8所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原系统，其特征在于，还包括第二计算机存储介质，其上存储有第二计算机程序，所述第二计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

引导进入WinPE系统；

依据所述预设格式解析并还原所述备份数据。

10.如权利要求8所述的基于存储扇区数据的操作系统备份和还原系统，其特征在于，所述预设格式的备份数据为包含头信息、头信息校验值、压缩数据、压缩数据校验值、完成标识结构的备份数据；所述头信息中包括所述压缩数据对应系统磁盘的起始扇区号和结束扇区号。