CN1609986A

CN1609986A - 硬盘永久型动态保存技术

Info

Publication number: CN1609986A
Application number: CN 200410094590
Authority: CN
Inventors: 秦峰; 吴俊�
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2005-04-27

Abstract

本发明涉及一种计算机硬盘存储技术，是一种将同一硬盘不同时期的数据进行保存的方法。首先分析硬盘的结构及状态，生成核心数据，然后截获硬盘的I/O信号，取得对硬盘读写的控制；对于每一个读写硬盘的动作都要经过核心程序的处理。它即可以保护单个分区，也可以保护多个分区甚至整个硬盘，并且采用了备份空间动态分配技术。

Description

硬盘永久型动态保存技术

技术领域

本发明涉及一种计算机硬盘存储技术，是一种将同一硬盘不同时期的数据进行保存的方法。

背景技术

先前技术主要是目前市场上还原类产品已用到的技术，即硬盘数据保存技术。关于硬盘数据保存技术的分类可以有以下几种划分方法：

1、磁道级和文件级

磁道级是指分析所需要保存的数据，将其所占用的磁道作一备份；文件级是指将所需要保存的数据对应的文件或活页夹保存起来。前者的优点是可以保存各种形态的数据，而不仅仅是文件或活页夹，如需对整个硬盘进行备份就必须要使用磁道级保存技术。后者的优点是可以以文件或活页夹为单位进行保存，而前者最小的保存单位是分区。

2、备份空间静态分配和动态分配

在保存备份点时是需要额外硬盘空间的，在分配硬盘空间时有两种方法，静态分配和动态分配。前者是指在产品安装时即分配好备份空间，一般以隐藏分区形态存在；后者是指事先并不预先分配空间，而是在产品执行的过程中实时动态地进行分配。后者的优点是用多少分配多少，不会浪费，也利于扩展。

3、单分区盘保护和整盘保护

此分类是针对可备份资料的范围。前者是指只能备份一个分区，一般来说此分区是操作系统所在分区；后者则即可能备份一个或多个分区，也可以备份整个硬盘。由于未能突破程序执行时对效能和硬盘空间等关键环节的限制，部分还原产品只能对一个分区进行备份。

4、单点备份和多点备份

即备份点是只能有一个还是可以有多个。目前绝大多数的还原产品采取的是单点备份技术，即只能保存硬盘的一个状态，日后只能恢复此时的硬盘状态。

5、永久型多点备份和抛弃型多点备份

此项分类是专门针对多点备份型技术。抛弃型多点备份是指在恢复备份点时，会抛弃此备份点之后的备份点；永久型多点则不会抛弃之后的备份点，从而可以实现在备份点之间来回切换，当然，如果某个备份点今后不再需要，可以将之删除。由于技术上的原因，目前绝大多数多点还原产品都采用抛弃型。

上述各种硬盘存储方法各有优势，也各有缺点。

发明内容

本发明的目的是为了能够记录整个硬盘在不同时期的数据状态，并且可根据需要在各个状态之间来回切换，用很小的额外空间实现数据历程保存、多环境模拟等应用。

如需实现此目的，需要将之前不同还原产品所用的各项技术思想有机地结合起来。之前的还原产品强调执行时的高效率，在数据备份内容上并不完整(要么是只针对单分区，要么是单点备份或是抛弃型多点备份)。所以之前还没一家厂商实现整盘永久型多点备份。

因此，本发明的关键就是要现将以上各种技术思想进行重新改良并高效地整合在一起，即实现执行的高效率又实现数据备份的完整性。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(A)首先分析硬盘的结构及状态，生成核心数据，所谓的核心数据包括一组读写记录表、以及一个记录当前硬盘数据写入状况的临时记录表；读写记录表包括用以记录硬盘内各备份点数据状态的状态表和记录各备份点硬盘数据写入状况的读写映射表，状态表将硬盘的每一扇区的状态分为四种状态记录：用户数据所占扇区被标记为占用、核心数据所占扇区被标记为保留、本次计算机启动后刚刚写入的用户数据对应扇区被标记为临时、其余扇区被标记为空闲；临时记录表包括用于临时记录硬盘内各备份点数据状态的临时状态表和用于临时记录各备份点硬盘数据写入状况的临时映射表；

(B)截获硬盘的I/O信号，取得对硬盘读写的控制；

(C)对于写入动作，首先判断该扇区是否处于先前已被保存成备份点的保护区内，如果不在保护区，就直接写入；如果在保护区内，就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲，则直接写入，并在临时记录表中将该扇区的状态标记为临时；

若扇区的状态为临时，则直接写入，不填写任何表；

若扇区的状态为占用或保留，该扇区的数据不能覆盖，查看临时记录表的读写记录，有记录则在记录地址中写入；没有记录，通过空闲区搜索算法找到合适的扇区写入数据，然后在临时记录表中记录下写入的扇区地址，并在临时状态表中将该扇区标记为保留；

对于读取动作，首先判断该扇区是否处于保护区内，如果不在保护区，就直接读取；在保护区内就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲或临时，则直接读取；

若扇区的状态为占用或保留，查看临时记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；没有记录再查看当前记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；若两张表都没有记录，就直接读取；

(D)如果需要切换备份点，则将临时记录表的记录清除，用目的备份点的状态表覆盖临时状态表，并将目的备份点作为新的当前读写记录表，从而将硬盘数据恢复到目的备份点的状态；

(E)如果需要保存备份点，则将临时状态表中的临时状态修改为占用状态，然后将当前读写记录表的记录合并到临时记录表；任选一个读写记录表把修改后的临时记录表的记录复制到该表中，这个记录表就是新的当前读写记录表；同时清空临时记录表的映射记录。

本发明为磁道级永久型多点备份技术，它即可以保护单个分区，也可以保护多个分区甚至整个硬盘，并且采用了备份空间动态分配技术。

本发明可应用于如下领域：

1、多点还原产品：可解决应使用计算机不当而产生的管理、维护方面的问题。在重新开机后自动复原的状态下，还可防止计算机病毒的恶意侵袭。其独特的多备份点设定，让使用者能够保存多个硬盘状态。

2、虚拟计算机产品：在家庭、学校机房、企业办公室中都可能会存在一台计算机多人使用的情况，每个使用者都会有自己的数据、自己的软件环境，使用此类产品可以为每个人模拟出所需的环境，相互之间不会再有影响，不用再担心重要的数据被删除或泄露了。

3、软件隔离产品：在企业中，人们需要经常上Internet查找数据或进行信息交流，但是怎样才防御病毒、黑客的侵入呢。此类产品将工作环境与上网环境分割开来，这样就不用担心上网时遭到攻击了。

本发明具有如下特点：

1、可以将不同时间的硬盘状态保存为多个备份点。使用者可根据需要在各个备份点之间任意切换，从而恢复出先前某一时刻的软件及数据环境。

2、备份点的生成及操作采用了动态空间分配技术。无需另外挂接存储装置，也不和操作系统抢空间，而是直接在硬盘中找出没有使用的空间保存备份信息，并且允许操作系统在这些空间中的读写而不影响保存的信息，需要多少就分配多少，减少了对硬盘空间的不必要的占用。

3、备份对象意随意选定。可以备份有一个或多个分区，也可以对整个硬盘进行备份。

附图说明

图1为本发明的一个实施例保存硬盘操作的核心数据表结构；

图2为状态表中所表示的一种硬盘的状态；

图3为硬盘数据的写入流程图；

图4为硬盘数据的读取流程图；

图5为备份点切换示意图。

具体实施方式

在产品安装时安装程序将会分析硬盘的结构及状态，然后驱动核心去生成一组用以记录硬盘内各备份点数据状态和各备份点硬盘数据写入状况的读写记录表、以及一个记录当前硬盘数据写入状况的临时记录表，以上各表总称为核心数据。读写记录表包括用以记录硬盘内各备份点数据状态的状态表和记录各备份点硬盘数据写入状况的读写映射表。临时记录表包括用于临时记录硬盘内各备份点数据状态的临时状态表和用于临时记录各备份点硬盘数据写入状况的临时映射表；

如图1所示，用一组读写记录表来记录备份点的信息。一组读写记录表包括一个状态表和一个读写映射表。状态表用来记录各扇区在各个备份点的状态；读写映射表用来记录需备份扇区的映射关系。临时记录表又可称为操作表，所有在上一次存储后下一次存储前的信息，都在该表中做记录。

本发明将扇区分为四种状态记录(占用、保留、临时、空闲)，并将之保存在状态表中。各备份点的用户数据所占扇区被标记为占用；核心数据所占扇区被标记为保留；本次计算机启动后刚刚写入的用户数据对应扇区被标记为临时；其余扇区被标记为空闲。

分析结束后，硬盘的状态将会被列在状态表中，如图2所示。

安装完成后，产品将截获硬盘的I/O讯号，取得对硬盘读写的控制。任何对硬盘的I/O操作，都将经备份核心程序的处理。图3是对写入动作的处理流程，图4是对读取动作的处理流程。

对于写入动作，首先判断该扇区是否处于保护区内(所谓保护区，就是指此区域先前已被保存成备份点)，如果不在保护区，就直接写入。在保护区内就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲。直接写入，并在临时记录表中将该扇区的状态标记为临时。

若扇区的状态为临时。直接写入，不填写任何表。

若扇区的状态为占用或保留。该扇区的数据不能覆盖。查看临时记录表的读写记录，有记录则在记录地址中写入；没有记录，通过空闲区搜索算法找到合适的扇区写入数据，然后在临时记录表中记录下写入的扇区地址，并在临时状态表中将该扇区标记为保留。

对于读取动作，首先判断该扇区是否处于保护区内，如果不在保护区，就直接读取。在保护区内就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲或临时。直接读取。

若扇区的状态为占用或保留。查看临时记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；没有记录再查看当前读写记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；若两张表都没有记录，就直接读取。

备份点切换。将临时记录表的记录清除，用目的备份点的状态表覆盖临时记录表的状态表，从而将硬盘数据恢复到目的备份点的状态。

保存备份点操作，将临时状态表中的临时状态修改为占用状态，然后将当前读写记录表的记录合并到临时记录表。任选一个读写记录表把修改后的临时记录表的记录复制到该表中，这个记录表就是新的当前读写记录表。同时清空临时记录表的映射记录。

下面结合图5说明一下备份点之间的切换。假设5.1为硬盘的初始状态，数据为abc。将c修改为d，然后保存为一个备份点，如5.2所示，这时得到的数据为abd。在此基础上将b修改为e，再保存一个备份点，如5.3所示，这时得到的数据为aed。选择将硬盘复原到初始状态，此时将把临时映射表清空，读到的数据自然又变成了abc。在此基础上把b修改为f，c修改为g，再保存一个备份点。按照读写算法，并不把原先作为映射的地址9、10覆盖，而是重新映射到地址8、7，如5.4所示，得到的数据是afg。这时切换到备份点2时，通过备份点2的映射表，可以得到数据aed。切换到备份点1时，则可得到数据abd。各保存过的数据都不会丢失。

故以前述说明可知，本发明为一种将硬盘上部分或全部分区的数据保存成多个备份点的技术。它拦截了硬盘读写操作，并动态地在硬盘中储存核心程序和读写记录表，实现了硬盘数据的多点备份。

Claims

硬盘永久型动态保存技术，包括：

(A)首先分析硬盘的结构及状态，生成核心数据，所谓的核心数据包括一组读写记录表、以及一个记录当前硬盘数据写入状况的临时记录表；读写记录表包括用以记录硬盘内各备份点数据状态的状态表和记录各备份点硬盘数据写入状况的读写映射表，状态表将硬盘的每一扇区的状态分为四种状态记录：用户数据所占扇区被标记为占用、核心数据所占扇区被标记为保留、本次计算机启动后刚刚写入的用户数据对应扇区被标记为临时、其余扇区被标记为空闲；临时记录表包括用于临时记录硬盘内各备份点数据状态的临时状态表和用于临时记录各备份点硬盘数据写入状况的临时映射表；

(B)截获硬盘的I/O信号，取得对硬盘读写的控制；

(C)对于写入动作，首先判断该扇区是否处于先前已被保存成备份点的保护区内，如果不在保护区，就直接写入；如果在保护区内，就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲，则直接写入，并在临时记录表中将该扇区的状态标记为临时；

若扇区的状态为临时，则直接写入，不填写任何表；

若扇区的状态为占用或保留，该扇区的数据不能覆盖，查看临时记录表的读写记录，有记录则在记录地址中写入；没有记录，通过空闲区搜索算法找到合适的扇区写入数据，然后在临时记录表中记录下写入的扇区地址，并在临时状态表中将该扇区标记为保留；

对于读取动作，首先判断该扇区是否处于保护区内，如果不在保护区，就直接读取；在保护区内就按照扇区在状态表中的状态处理：

若扇区的状态为空闲或临时，则直接读取；

若扇区的状态为占用或保留，查看临时记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；没有记录再查看当前记录表有无记录，有记录则从记录地址读取；若两张表都没有记录，就直接读取；

(D)如果需要切换备份点，则将临时记录表的记录清除，用目的备份点的状态表覆盖临时状态表，并将目的备份点作为新的当前读写记录表，从而将硬盘数据恢复到目的备份点的状态；

(E)如果需要保存备份点，则将临时状态表中的临时状态修改为占用状态，然后将当前读写记录表的记录合并到临时记录表；任选一个读写记录表把修改后的临时记录表的记录复制到该表中，这个记录表就是新的当前读写记录表；同时清空临时记录表的映射记录。