CN1109979C - 计算机硬盘数据快速保护与恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一种计算机硬盘数据保护与恢复方法：遍历硬盘上所有分区表，对于FAT16和FAT32分区，逐一检验每个簇是否已经记录有有效数据，并将之登记在数据结构中，然后将所有空闲簇虚拟为一整块空余的磁道空间，截获INT13中断向量，将所有操作系统及应用软件对硬盘的访问进行适当转换，及时予以动态分配虚拟硬盘空间，使所有操作不会破坏原有数据，从而实现了对数据的保护；当恢复时，只要初始化转换对应关系，便能立即恢复原有数据。因此，本方法能迅速有效地保护和恢复硬盘数据，并且不浪费硬盘空间。

Description

计算机硬盘数据快速保护与恢复方法

本发明涉及一种计算机硬盘数据快速保护与恢复方法。具体而言，系涉及一种可快速保护与恢复硬盘数据，并且是一种纯软件实现的可即插即用不需要浪费硬盘空间的方法。

随着信息技术的发展，计算机应用日益普及，各种应用软件甚至操作系统也日益复杂庞大，使用稍有不慎，计算机经常死机或数据被破坏；同时，计算机病毒也层出不穷，各种“黑客”也迅速增多，对计算机的正常使用构成了很大的威胁。为了保护硬盘数据，传统的做法大多使用如软盘、活动硬盘、可插写光驱、MO、磁带机等存贮介质，对硬盘数据进行备份，但是由于数据量庞大，耗财耗力，使用非常麻烦；另一种方式是采用像“再生卡”、“还原卡”之类的硬件插卡，但是类似硬件大都采用“硬盘分区相互备份”的办法，极大地浪费了硬盘空间。所以需要研制一种经济实用、又能快速实现硬盘数据保护与恢复的产品或方法。本发明为这种产品的问世提供了强有力的技术保障。

本发明的目的在于提供一种可迅速保存与恢复硬盘数据，又不浪费硬盘空间的方法，使用户可以放心地、“随心所欲”地使用计算机。

本发明的内容包括下列步骤：

(1)遍历硬盘分区表，找出当前硬盘上所有已划分的分区，逐一将该分区的起始柱面数、磁头、扇区以及总扇区数登记在数据结构PartitionDisk中，特别是对于FAT16和FAT32的分区，留作后面计算使用。

(2)遍历每一个FAT16和FAT32分区的FAT表即文件分配表，记录了每一个文件所占用的硬盘情况，FAT表项为“0”，表明该“簇”是自由空间，没有存放任何数据；否则，表明该“簇”已经存放了数据。一个簇代表了硬盘上若干个扇区，可以推算出整个硬盘的每个扇区是否已经存放了有用的数据，用一个标志位就可以记录下这种情况：Free→表示没有有用的数据即空余空间；Oldinfo→表示已经存在原有数据。

(3)根据第(2)步得到的标志位可以将整个硬盘虚拟为两大部分，一部分是“原有数据区”，是所有Oldinfo的集合；一部分是“自由空间区”，是所有Free的集合。以下的各部分操作均有相应算法避免对“原有数据区”的删改，就实现了对数据的保护。

(4)截获原有的BIOS中断向量INT13h，挂上以本方法改写的新的INT13h中断，对所有经过INT13h的读写盘操作进行新的“影射”处理。在没有更换INT13h前，读写硬盘的影射关系是“一对一”的关系，即操作系统或应用程序试图访问某一扇区，就驱动硬盘读写该扇区。而本发明的独到之处在于打破了此固定思维逻辑，影射关系是“一对X”的关系，X要经过本方法计算而出，即操作系统或应用程序试图访问某一扇区，但并不一定直接让它读写该扇区，而是经过计算后，可能让其访问另一扇区，这便是本发明之核心。

(5)下表所描述的规则即本发明的实施核心：

(6)当需要恢复原有数据时，由于本方法不曾删改原有数据区的任何数据，故而使得恢复原有数据成为可能。即只需重新清空标志位(只剩下Oldinfo和Free)，其它状态皆消失，立即就实现了数据的快速恢复。即使曾经对硬盘做过极复杂的操作，也会因为标志位的清空而于瞬间还原。

(7)当需要保护原有数据时，由于某一扇区的标志位被改为X，则只需将X的数据搬移回原处即可。然后进入(1)，重新计算所有标志位。这样便实现了硬盘数据的快速保护。

(8)本方法是采用动态分配“自由空间区”来实现规则(5)的，对于应用程序而言，此规则是透明的，即应用程序并不知道有“自由空间”已经被分配占用，因而用户不能察觉空间的变化，故对用户而言，并没有浪费(占用)硬盘空间。这便是本发明的重大优点之一。另外，由于本方法采用的是扫描硬盘分区表的方法，不需要重新划分硬盘(重分区)，亦即并不破坏硬盘本来数据。

通过附图说明来仔细阐述本发明的硬盘数据快速保护与恢复算法及其具体影射关系。

计算机硬盘的物理扇区，根据使用情况可以简单划分为两种类型：一种是已经被使用的原有数据区，存储了有效数据，记为Oldinfo；另一种是没有被使用的自由空间区，未存储有效数据，记为Free。

要对硬盘数据进行动态保护，则首先可以对该硬盘按照其文件存储格式如FAT16、FAT32、NTFS等进行扫描，将已经存储了有效数据的扇区标记为Oldinfo，将没有使用的扇区标记为Free。

实际上对硬盘数据的保护，主要是保证存储了有效数据的扇区不被写操作破坏即可。

为了实现对硬盘数据保护，将硬盘扇区类型分为以下几种：

Oldinfo：表示该扇区位于原有数据区，其中存储了有效数据；

Free：表示该扇区位于自由空间区，未存储有效数据；

Otheralloc：表示该扇区作为影射缓冲区，其中原本无有效数据，现作为临时记录要写入Oldinfo或者Otheralloc类型扇区的数据；

X(0≤X≤N-1，N为硬盘总扇区数)：表示该扇区原本位于原有数据区，其中存储了有效数据，现由于发生了对该扇区的写入操作，为了不破坏或保护其中数据，申请一个Free类型的扇区X，并将要写入其中的数据写入到X。因此将该扇区的类型改为指向X的指针。

Selfalloc：表示该扇区原本位于自由空间区，未存储有效数据，现被写入了数据。

图1说明：

假定X扇区已经被使用，为有效数据区，X＝Oldinfo，则在动态保护情况下对X扇区的访问处理可以分为以下几种情况：

(1)首次读扇区X

X＝Oldinfo，由于读操作不会破坏数据，所以此时直接读取扇区X即可。

(2)首次写扇区X

X＝Oldinfo，由于写操作会破坏原有需要保护的数据，所以不能直接写扇区X。为此，在硬盘未使用的自由空间区中动态申请一个扇区Y，Y＝Free，将原来要写入扇区X的数据写入扇区Y，并将Y登记为Otheralloc，Y＝Otheralloc，这样扇区Y的类型不再为Free，因而不会再次被保护系统当作自由扇区来分配，与此同时，将扇区X的类型修改为一个指向扇区Y的指针，X＝Y。

假设硬盘扇区总数为N，则可以通过把Oldinfo、Free、Otheralloc等类型标志设置为大于N的值，而任意一个扇区Y的编号(0~N-1)必定小于N，从而很容易区分扇区X的类型是否为指针。

这样，既没有破坏原有硬盘数据，而且新写入的数据也被记录下来了。

(3)再次读扇区X

当再次对扇区X进行读访问时，如果X＝Oldinfo，则表明没有对X进行过写操作，因此仍然直接读取X即可。

如果X＝Y(0~N-1)，则表明已经对扇区X进行过写操作，上次写入X的数据已经被影射到扇区Y，根据该指针，读取扇区Y的数据。

(4)再次写扇区X

X＝Y(0~N-1)，表明扇区X的数据已经被影射到扇区Y，因此当前写扇区X的操作也相应被影射到扇区Y，将数据写入扇区Y即可。

本方法独到之处就在于几乎不影响硬盘访问效率，并且也不需要占用一块固定硬盘空间作为保护缓冲区的情况下，可以既不破坏原有数据，也同时记录下新写入硬盘的各种数据，从而实现对硬盘数据的动态保护。

几乎不影响硬盘访问效率是因为不论对硬盘读取或者写入，都是只对硬盘访问一次。而不象传统的保护方法，要保护某一个扇区X的数据，当对其写入时，首先将该扇区的数据读出并写入到一个备用的缓冲扇区Y，然后再将要写入的数据写入X。这样，对于一次写访问操作，传统的保护方法相应需要一次读访问操作和两次写访问操作，因为大大降低了硬盘访问效率，而且也缩短了硬盘使用寿命。

不占用固定硬盘空间大大提高了用户硬盘有效利用率，传统方法由于算法简单，假设占用M个扇区作为备份缓冲区，这样，即使用户一次也没有对硬盘原有数据区进行写入操作，该备份扇区也不能被用户所使用，相当于静态的缓冲区。而本方法采用动态申请缓冲区的方法，只有对硬盘原有数据区中的扇区X进行写入操作的情况下，为了不破坏原有数据，才从硬盘自由空间区中动态申请一个扇区Y来作为影射缓冲区。

图2说明：

对于作为影射缓冲区的扇区Y的访问，可以分为如下几种情况：

(5)读扇区Y

Y＝Otheralloc

由于扇区Y原本属于自由空间区，其中没有有效数据，因此对扇区Y的读访问操作不需要做任何处理，直接读Y即可。

(6)写扇区Y

Y＝Otheralloc

虽然扇区Y原本属于自由空间区，其中没有有效数据，但由于其作为原有数据区中的某一扇区X的影射缓冲区，因此其数据对于扇区X有意义，也即扇区Y中记录了最新写入扇区X的数据。因此，不能破坏扇区Y的数据，否则会造成新写入X的数据丢失。

为此，我们从自由空间区中动态申请一个扇区Z，Z＝Free，将原来要写入扇区Y的数据写入扇区Z，并将Z登记为Otheralloc，Z＝Otheralloc，这样扇区Z的类型不再为Free，因而不会再次被保护系统当作自由扇区来分配，与此同时，将扇区Y的类型修改为一个指向扇区Z的指针，Y＝Z。

这样，一方面，Y中存放的新写入扇区X的数据就不会被冲掉，另一方面，新写入Y的数据也被记录下来了，记录在Z中。

(7)再次读扇区Y

如果Y＝Z(0~N-1)，则表明已经对扇区Y进行过写操作，上次写入Y的数据已经被影射到扇区Z，所以根据该指针，读取扇区Z的数据。

(8)再次写扇区Y

Y＝Z(0~N-1)，表明扇区Y的数据已经被影射到扇区Z，因此当前写扇区Y的操作也相应被影射到扇区Z，将数据写入扇区Z即可。

由上述可见，对于类型为Otheralloc的扇区的访问影射算法类似于Oldinfo类型的扇区。

图3说明：

对于自由空间区的扇区A的访问，A＝Free，可以分为如下几种情况：

(9)读扇区A

A＝Free，由于扇区A属于自由空间区，其中没有有效数据，因此对扇区A的读访问操作不需要做任何处理，直接读Y即可。

(10)写扇区A

A＝Free，由于扇区A属于自由空间区，其中没有有效数据，因此对扇区A直接写即可。但为了保证写入其中的数据以后不会被动态申请作为影射缓冲区而覆盖掉，因此需要将A登记为Selfalloc类型。

(11)再次读扇区A

A＝Selfalloc，由于扇区A中存储的是新写入的数据，因此直接读A即可。

(12)再次写扇区A

A＝Selfalloc，由于扇区A原本属于自由空间区，其中没有有效数据，不需要保护，因此，直接写入A即可。

图4说明：

根据前面所述基本保护算法思想，可以将硬盘数据动态保护算法的实现用图4所示流程图来表示。说明如下：

(1)截取磁盘访问中断服务程序INT 13H的入口，保存该原入口，并将当前INT 13H入口修改指向保护系统程序入口。

(2)访问硬盘时，首先调用保护系统程序，将所访问的物理扇区转换为相应逻辑扇区。

(3)据前述保护算法，按照读和写操作以及逻辑扇区类型标志的不同，查找对应规则，分别进行相应处理。

(4)对逻辑扇区的读写操作可以简单划分为首次读、写与经过影射后的新的读或者写。

具体规则如下：

读操作：

①当所访问逻辑扇区类型标志为Oldinfo，则直接读。

②当所访问逻辑扇区类型标志为Otheralloc，则直接读。

③当所访问逻辑扇区类型标志为Free，则直接读。

④当所访问逻辑扇区类型标志为Selfalloc，则直接读。

⑤当所访问逻辑扇区类型标志为X(0≤X≤N-1，假设硬盘总扇区数为N)，则当前所访问扇区数据已经被影射到逻辑扇区X，所以间接读X扇区的数据，即将当前要访问的扇区数据真正位置在X。

写操作：

①当所访问逻辑扇区类型标志为Oldinfo，则由于该扇区数据需要保护，不能直接写入。为此，我们可以在硬盘未使用的自由空间区中动态申请一个扇区X，X＝Free，将原来要写入本扇区的数据写入扇区X，并将X登记为Otheralloc，X＝Otheralloc，与此同时，将本扇区的类型修改为一个指向扇区X的指针，即当前要写入的扇区真正位置为X。

②当所访问逻辑扇区类型标志为Otheralloc，则处理算法同写操作的A。

③当所访问逻辑扇区类型标志为Free，则直接写，并将本扇区的类型标志改为Selfalloc，即当前要写入的扇区位置不变。

④当所访问逻辑扇区类型标志为Selfalloc，则直接写，即当前要写入的扇区位置不变。

⑤当所访问逻辑扇区类型标志为X(0≤X≤N-1，N为硬盘总扇区数)，则当前所访问扇区数据已经被影射到逻辑扇区X，所以间接写X扇区的数据，即将当前要访问的扇区数据真正位置在X。

(5)按照上述算法计算出真正访问的逻辑扇区后，将INT13H访问的扇区修改为该扇区，并调用原来真正的BIOS INT13H入口来完成硬盘访问。

(6)结束调用，返回系统。

本专利之实施实体：本发明可以应用于“电脑保护卡”或“电脑保护软件”上，卡或软件是本发明的实施实体，通过截获INT13h具体实现，而(5)所述之规则则是本发明的核心。本发明所述方法已经实施，并大量使用于各种计算机的应用中，经实际应用验证，实现了发明目的和预期效果，创造了良好的经济及社会价值。

Claims (1)

1一种计算机硬盘数据快速保护与恢复方法，该方法包括以下步骤：

(1)遍历硬盘分区表；

(2)遍历每一个FAT16和FAT32分区的FAT表，生成标志位数据集；

(3)根据标志位将整个硬盘虚拟为“原有数据区”，即所有Oldirfo的集合和“自由空间区”，即所有Free的集合两大部分；

(4)截获原有的BIOS中断向量INT13h，挂接新的INT13h中断，对所有经过INT13h的读写盘操作进行新的“映射”处理，然后交给原来的BIOS中断向量INT13h进行数据读写，以避免“原有数据区”被破坏；

(5)如果要恢复原有数据，只需重新初始化标志集；

(6)如果要保存当前数据，只需根据标志位的改变将被搬移的即经“映射”处理过的扇区中的数据拷贝回原处即可；

在步骤(1)中，找出当前硬盘上的所有分区，逐一将各分区的起始柱面数、磁头、扇区及总扇区数登记在数据结构PartitionDisk中；

在步骤(2)中，如果FAT表项为“0”，在标志集中用Free标记；否则，用Oldinfo标记。

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