专利名称：用于计算机系统的故障恢复方法、计算机及操作计算机的方法
本申请是1998年3月19日提交的申请号为98805292.X、发明名称为“远程管理没有一个运行的操作系统的计算机的网络增强型BIOS”的中国专利申请的分案申请。
当前，没有有效的处理能彻底消除这种导致操作系统崩溃的系统错误。在许多情况下，避免再次崩溃的唯一方法是在重新引导操作系统之前进行对引起崩溃的操作的故障后诊断。然而，由于访问和分析故障计算机的物理困难，及由于使系统可用时间通常极其重要，许多用户不分析导致崩溃的问题就重新引导操作系统。
需要进行这种访问的一例情形是网络服务器。这种网络服务器对于组织的效率通常至关重要，而又可被配置成没有进行故障后分析所必需的某些硬件，诸如键盘和计算机显示器。因此网络操作员经常不对问题进行适当的诊断就匆匆忙忙重新引导网络服务器。
远程分析和管理计算机的问题也发生在要求系统管理员远程维护数台计算机的宽域网或局域网中。在典型的操作中，在远程计算机上执行的操作系统，允许系统管理员访问和修改远程计算机上的各种参数。然而，如果发生操作系统崩溃，当前的系统不提供管理员访问或诊断远程计算机的手段。此外，当前的系统通常不允许在远程计算机上加载操作系统之前访问远程计算机。例如，Burckharrt等人的美国专利5,390,324号(“Burckhaart专利”)要求的一种故障恢复系统，一旦故障计算机装入了计算机的硬盘上二级分区中存储的精简操作系统，就允许对故障计算机的拨号访问。Burckhaart专利的系统在检测装置检测到表示一级操作系统故障的系统暂行时，就引导含有二级操作系统的的二级分区。
以下背景描述了IBM兼容的个人计算机(PC)的典型结构和启动过程。然而，这些概念一般适用于各种计算机系统。当系统复位时，CPU控制被传送给计算机的基本输入输出系统(BIOS)的一部分—称为电源接通系统测试或电源接通自测试(POST)。本文中使用的术语系统复位和系统启动等同于并包括导致计算机的初始程序加载操作的初始化或重新初始化的开始的任何系统启动、重新启动、系统复位或其它操作。
POST通常存储在只读存储器(ROM)中，用于初始化标准系统部件，诸如系统定时器、系统DMA(直接存储器存取)控制器、系统存储器控制器、系统I/O设备和视频硬件。作为其初始化例程的一部分，POST为中断向量表设置缺省值。这些缺省值指向ROM BIOS中的标准中断处理程序，但是可修改为访问定制的中断处理程序。POST也进行可靠性测试来检查系统硬件诸如存储器和系统定时器的运行正常。系统初始化和诊断之后，POST调查系统位于系统中可选硬件卡(适配器)上非易失性存储器上的固件。这是通过扫描特定地址空间寻找具有给定标记的存储器而执行的。如果找到标记，就将控制传送给固件，后者然后就初始化其位于的设备。
进行硬件初始化之后，POST从引导设备的预定位置—通常是硬盘或软盘驱动器—将一个数据块读入存储器并将控制传递给该数据块中的程序。这个程序称为引导程序加载器，它将一个更大的程序装入存储器。如果该更大程序正确地装入存储器，引导程序就将控制传送给它。操作系统然后被初始化并获得对CPU的控制。如下文所述，在某些无磁盘(disk-less)、无介质(media-less)的工作站上，位于网络接口卡上的适配器固件为引导操作系统的指针重定路径，从附接的网络下载操作系统。
BIOS进一步包含一组例程或中断处理程序用于与计算机及其外围部件接口。BIOS中断处理程序是通过使用硬件或软件中断被访问的。这些中断处理程序的地址被存储在一个中断向量表中。如上所述，这个向量表可被修改为指向定制的中断处理程序。P.Norton在《ThePeter Norton PCP rogrammer’s BiBle》(Microsoft出版社，1993)中概括地说明了BIOS。
尽管BIOS接口例程为MS-DOS操作系统所使用，现代操作系统如微软公司(microsoft)的Windows-95却不广泛使用BIOS接口例程。Windows-95和其它现代操作系统利用特定类型和模型的外围硬件部件专用的设备驱动程序来与这类外围硬件部件通信。设备驱动程序提供一个更通用的软件可通过其与外围部件交互作用的统一接口。这些设备驱动程序可以取代现有的BIOS中断处理程序，或提供否则就没有的另外的功能。应用软件于是就免于不得不与这种硬件设备的具体细节交互。
许多操作系统，包括MS-DOS 2.0以后的MS-DOS版本以及直到Windows 3.11的Windows版本，都包括有在操作系统被引导时从磁盘加载可安装的设备驱动程序的能力。在MS-DOS操作系统中，用户通过在CONFIG.SYS文件中加入DEVICE＝device_file命令就可以加载可安装的设备驱动程序。MS-DOS然后读取每个设备驱动程序文件，将设备驱动程序装入内存。WIndows-95能够用PCI(外围部件互连)和BIOS的即插即用功能来检测外围硬件部件，自动地为所安装的外围硬件部件加载适当的驱动程序。
尽管可安装设备驱动程序的使用为管理外围硬件部件—诸如网络接口卡(NIC)—提供了高度的灵活性，迄今为止，都是依赖在故障计算机上执行操作系统来加载软件驱动程序和提供必需的支持功能。如果操作系统不引导，或者有必要在重新加载操作系统之前进行故障后诊断，就不会为NIC加载软件驱动程序，于是管理员将不能使用通过NIC工作的软件来远程访问系统。因此，需要一种使用在操作系统被引导之前可以得到的、不依赖操作系统的可安装设备驱动程序的方法和系统。本文中所用的操作系统一词，意思是控制用户级程序的执行并对这种用户级程序提供诸如资源分配、调度、I/O控制和数据管理等服务的系统级软件。这种操作系统的典型例子是MS-DOS、Windows-95、Windows-NT(都可从Microsoft公司得到)、MacOS(从Apple Computer公司得到)，以及可从包括Sun Microsystems公司的许多销售商得到的各种版本的Unix。现代操作系统诸如Windows-NT，通常在操作系统的核心有一个有保护模式的内核或基系统。
计算机系统的远程管理的一个关键问题是，事实上有可从许多销售商得到的数百种不同的网络接口卡类型，每一种都可能有不同的编程方式，都可能使用独有的设备驱动程序。为这些卡类型的每一种开发新的设备驱动程序会花费巨大，而且导致不可靠性。因此本发明的一个目的是利用网络增强的BIOS来使用为现有操作系统开发的标准NIC设备驱动程序，这样就不要求每一种可得到的网络接口卡类型都有定制的设备驱动程序。
这个目的可以通过使用由某些操作系统销售商定义的标准接口来实现。为了支持几乎所有各种网络卡类型，操作系统销售商已经定义了要由网络接口卡设备驱动程序使用的标准接口。这就使操作系统能支持任何提供符合标准接口的驱动程序软件的NIC。Novell公司(Novell)已经定义了一个这样的标准，即开放式数据链接接口(ODI-Open Datalink Interface)。按ODI标准编写的驱动程序可以被Novell提供的NetWareTM使用。微软公司已经定义了第二个标准—网络驱动程序接口规范(NDIS)。按NDIS编写的驱动程序可以被微软公司的操作系统(例如Windows NTTM)使用。此外还有其它的标准可用于UNIXTM操作系统的各版本。
本发明的另一个目的是提供一种在计算机的操作系统的引导之前能与连接到网络的计算机通信的方法和系统。本发明的再另一个目的是提供计算机上必要的更多软件和可在远离第一个配备网络增强型BIOS的计算机的第二个计算机上执行的软件，第二个计算机本身不必配备这种网络增强型BIOS就能在这两个计算机之间传输命令和信息。
本发明的目标是一种在引导计算机的操作系统之前或操作系统发生故障之后通过网络与计算机通信的方法和系统。在第一个计算机配备的网络增强型BIOS中实现一个连网应用程序接口(API)。这个计算机最好配有NIC卡和NIC设备驱动程序文件。在NIC设备驱动程序中通常被解析到由操作系统的单元提供的服务的外部引用转而被解析到引用由网络增强型BIOS的API提供的服务。通过网络连接到第一个计算机的第二个计算机可以在操作系统加载之前或者操作系统故障之后传输命令、状态和数据。第一个计算机可以进一步配备在发生POST故障或操作系统崩溃时向第二个计算机报警的手段。
图1表示系统体系结构最佳实施例的总体图。服务器计算机100通过网络300与管理工作站200实际相连。网络300可以是包括Novell公司的NetWareTM在内的许多市场可购得的局域或宽域网中的任何一个。本文中所用的术语“网络”或“计算机网络”一般将定义为一组两个或更多相连的计算机。如果计算机能交换数据，则称它们是“相连”的。因此例如，连接技术、网络拓扑和网络协议可能是不同的，例如包括但不限于—除上述LAN和WAN网络以外的—通过串行或并行接口和电缆直接相连的两个计算机、通过公共交换电话网(诸如通过“简易老式电话服务”)上的调制解调器连接而直接连接的两个计算机、通过公共电话网上的ISDN连接而连接的两个计算机、在互连网上相连的两个计算机。台式计算机400也可以与网络300相连。所示的服务器计算机和台式计算机是示例性的，可以是多台这类计算机中的一台。
现在参看图2，所示的是可在其上实施本发明的计算机400。图2所示的本文所描述的计算机400是示例性的，可以在不偏离本发明的情况下作修改。此外，尽管图1中所示的计算机400是台式计算机，应当明白本文中所用计算机一词应包括—但不限于—台式计算机(图1中所示的400)和服务器计算机(图1中所示的100)或内置系统(未予表示)，诸如自动柜员机、销售点终端或销售机。
系统总线105构成了计算机400的部件的主干。与系统总线105连接的是中央处理单元(CPU)110和系统随机存取存储器(RAM)120。CPU最好以至少两种方式操作，即实模式和保护模式—这在本领域是公知的。非易失性存储器125-最好是快闪ROM的结构，与系统总线105相连。非易失性存储器125在计算机400关机或复位时不改变状态。用户输入/输出可通过可视显示器130、视频控制器135、键盘140和键盘控制器145来进行。CPU 110和RAM120以及视频控制器135可任选地通过单独的局部总线(未予示出)连接。海量存储设备可包括软盘驱动器150和关联的软盘控制器155，和/或硬盘驱动器160和关联的硬盘控制器161。在下文说明的实现监视计时器机构的本发明的一个实施例中，计算机400也包括系统管理RAM(SMRAM)121、外部计时器122和芯片集外部逻辑123。计时器122最好是在芯片集逻辑123内部实现。如上所述，图2的说明是示例性的，可以按本领域的熟练人员显而易见的许多方式修改而不偏离本发明。例如，本发明可以在没有软盘驱动器150或硬盘驱动器160的无磁盘的工作站上实现。
计算机400也最好包括网络接口卡(NIC)170-也称作网络适配器。NIC 170最好通过计算机内的一组系统线路插槽165连接到系统总线105。插槽165最好符合某工业标准，诸如Intel的PCI标准。或者，NIC 170可以不用系统线路插槽而直接与系统总线105连接。
或者，计算机400可以用调制解调器代替NIC 170或除NIC 170外还使用调制解调器。这种调制解调器可以是内置式调制解调器190—它可以连接到系统总线105或该组系统线路插槽165之一、和/或外置式调制解调器180-它一般连接到与系统总线105相连的串行接口175上。可选地，计算机400可以通过一个连接串行接口175或并行接口(未予示出)的电缆连接直接与工作站200连网。
现在参看图3A和3B，所示的是计算机的常规BIOS区域500和按照本发明创建的网络增强型BIOS区域600的部件模块。常规BIOS区域的组成是早期POST 510、其余POST 520、显示服务530-诸如在BIOS内部用于显示错误和状态信息的光标位置和写字符、POST时间服务540-诸如硬件测试例程、运行时服务550-诸如中断10H视频输出服务和中断13H磁盘存取服务、以及启动程序(enabler)代码560。启动程序代码560使常规BIOS 500能检测和加载网络增强型BIOS 600，并将控制交给网络增强型BIOS 600的初始化入口点。它进一步含有允许在常规BIOS 500与网络增强型BIOS 600之间有合作性多任务的例程。早期POST 510与其余POST 520之间的划分是一种实用划分，POST被划分为大量的在POST调度程序例程505控制下执行的例程。早期POST 510最好是为将计算机充分地配置成使网络增强型BIOS能初始化而要求的那组POST例程。如下文所述的那样，早期POST 510最好包括的操作有编程内存控制器，确定内存的大小，测试内存，充分地初始化芯片集以访问如果存在的PCI总线，初始化和测试中断控制器，为网络适配器配置中断，初始化如果存在的VGA控制器。早期POST 510也可以任选地编程其它芯片集寄存器。早期POST例程510最好存储在非易失性存储器125中。
网络增强型600用初始化区域610、集成了内核调度程序621的32位保护模式的内核620和加载器630来加强常规BIOS区域500。网络增强型BIOS 600进一步用利用该内核所提供服务的协议堆栈640来加强常规BIOS区域500。由于现代操作系统一般包括它们自己的一个保护模式的内核，网络增强型BIOS 600一般在操作系统的引导后就终止。然而本发明的变例允许至少有一部分网络增强型BIOS 600留在内存。这个驻留部分用于与下文描述的监视器检测机构接口。
现在参看图4，系统启动410后，CPU控制被传送411到早期POST510例程。早期POST 510执行诸如编程内存控制器、中断控制器、系统总线控制器以及其它芯片集寄存器等系统操作所必需的基本任务。这个操作与不是网络增强型的BIOS的操作相同。
控制然后转移412给网络增强型BIOS的安装检测例程，它是图3的启动程序560的一部分。安装检测例程在非易失性存储器125中顺序扫描，寻找被称为标记的、指示网络增强型BIOS 600代码的开始的一个数据序列。如果安装检测例程确定439不存在这种标记，则其余POST例程520执行413，控制被传送414给由操作系统提供的引导例程。如上所述，引导例程装载432操作系统并向它传送415CPU控制。
如果找到指示网络增强型BIOS 600代码的开始的标记，则重定位例程416就将网络增强型BIOS 600从非易失性存储器125复制到RAM120，CPU控制被传送417到位于相对标记的开始的一个已知偏移地址的网络增强型BIOS 600的初始化例程610。由于常规BIOS 510通常是以实模式操作的，网络增强型BIOS初始化例程610将CPU转换成保护模式并初始化32位内核620以及协议堆栈640的各个部件。
如图4中所示，网络增强型BIOS内核620最好是多线程的，就是说，它通过将CPU控制按哪一个任务具有最高优先权而从一个任务切换到另一个任务来支持看起来同时执行多个任务。如果任务正在等待某个外部事件或等待它们所依赖的另一个任务完成执行，它们的执行就会受阻塞。为帮助任务之间的合作，内核提供信号、信号量和互相排斥功能的功能，对此本领域的熟练人员是熟悉的。CPU控制在不同任务之间的切换是由内核调度程序621执行的。
网络增强型BIOS初始化例程610此时启动许多线程来支持网络协议堆栈640，以及不同的与管理工作站200应用程序通信的特征。这些线程最好是32位保护模式的代码，将在下文进一步解释这些特征时讨论。
现在将描述常规BIOS 500与在本发明的第一个实施例中采用的网络增强型BIOS 600交互操作的方法。该交互操作的方法的细节可以在不影响本发明原理的情况下进行修改。
参看图8，图中进一步详细地展示了从常规BIOS代码到网络增强型BIOS 600的初始转换，它如随后发生的交互操作切换的重复过程一样。BIOS保存其状态805，即将所有CPU寄存器和标志存储在内存数据区。网络增强型BIOS 600代码和数据然后被解压并重定位810，CPU控制被转移到这个代码的入口点815。内核及网络协议堆栈被初始化820。处理器被返回到实模式825，调用一个常规BIOS服务程序将与BIOS的内核模式转换入口点的地址登记830。这个例程返回BIOS模式转换入口点的地址835。
然后进入一个重复状态，在这个状态下，常规BIOS和32位内核线程交替运行。内核保存其状态，即将所有CPU寄存器和标志存储在内存数据区。然后执行向BIOS模式转换入口点的转移845。以前保存的BIOS状态被恢复850，常规BIOS代码执行。CPU控制被传送855给常规BIOS区域500的POST调度程序例程505，后者将执行当前的BIOS POST例程，一直到它要么完成，要么由于等待诸如中断的外部事件、或编程的延时结束而挂起。某些POST任务诸如内存检测可能执行的时间较长，在这些任务内，常规BIOS将定期地将控制交给32位内核620。此时BIOS再次保存其状态860，并执行到内核模式转换入口点的转移865。内核恢复其保存的状态870，重新进入保护模式875，内核调度程序621然后将调度所有没有被阻塞的线程880。当内核调度程序621确定没有准备好要执行的线程时，即系统“空闲”时，内核重新进入实模式885，这个过程从内核保存其状态840这一点重复地进行。
内核620最好这样来实现中断处理，使得如果BIOS POST例程正等待中断并因此已经交出控制，当在32位内核任务期间发生中断时，该中断被反映到BIOS任务。反过来也是一样，为32位内核线程设计的中断，当在BIOS任务执行期间发生时，必须被反映到该32位内核任务。中断反映的管理对于了解微软视窗虚拟设备驱动程序(VxD)的人来说是熟悉的。处理器模式转换的性能在Intel公司发表的微处理器手册中有记载。根据本公开的技术，对其它驱动程序类型和微处理器体系结构的类似解决方案，对于本领域的熟练人员来说是显而易见的。
常规BIOS和32位网络增强型BIOS任务交替执行的作用是，网络增强型BIOS线程与当前的常规BIOS POST任务看起来是同时操作的。返回图4可以看到，在初始化417之后有两个执行路径，在会话钥(下文讨论)已经交换422之后有多个执行路径。概念上讲这些任务和线程是同时操作的。图4中的虚线表示线程432到427的同时执行。
本文用术语“任务”来描述本发明的最佳实施例，该术语概括地表示来自在由POST调度程序顺序执行的常规BIOS的实模式例程的序列。某个时刻这些任务只有一个是活动的。本文所用的术语“线程”，概括地表示由内核调度程序621正在调度的32位保护模式的代码。这些线程概念上与其它线程以及单一的常规BIOS POST任务是同时运行的。然而对于本领域的熟练人员来说，显然本发明并不受限于任务与线程之间的任何区分。
参看图4，常规BIOS区域500继续执行418完其余POST例程520。网络增强型BIOS 600现在“同时地”开始使用网络通信。下文要给出网络协议堆栈操作的细节，这一节给出的是该事务发生的概述。网络增强型BIOS 600先发出419一个报警分组到网络300，准备打开一个数据连接。网络增强型BIOS 600以预定时间等待来自管理工作站200的应答。这个报警分组和任何可以随后发出的格式最好是一个SNMP(简单网络管理协议)分组。SNMP是TCP/IP(传输控制协议/因特网协议)组合内部的一种标准/协议，通常用于管理和监控TCP/IP网络上节点。SNMP和TCP/IP在本领域是众所周知的，例如在J.Martin所著的《TCP/IP Networking》(PTR Prentice Hall，1994)就有描述。即使没有管理工作站应答，这也允许在连接在网络上的计算机上运行的诸如可从Hewlett-Packard购得的HP OpenViewTM等第三方管理软件来记录及显示这些报警。其它协议的使用对于本技术中的普通技术人员是显而易见的。
如果在一个可配置的时间期间之后(它最好是5秒的数量级)仍未收到来自管理工作站200的应答，可将网络增强型BIOS 600配置成或者试图对不同的管理工作站进行连接，或者可以终止该网络增强型BIOS 600的操作，在这一情况中，传统的BIOS部分500将以正常方式完成POST。如果没有POST错误，传统BIOS部分500将发布431引导报警分组到网络300上并将CPU控制传送414给BIOS引导例程，从而给引导扇区代码432，从而给操作系统415。如果POST 520例程的其余部分检测到438错误，它将判定437该错误是否是关键性的。如果POST 520例程的其余部分检测到非关键性错误，则传统BIOS部分500将发布434非关键性错误报警到网络300上并继续处理。POST520例程的其余部分如果检测到437关键性错误，则它将发布435致命错误报警到网络300上并进入436诊断模式。
如果接收到来自管理工作站200的应答，则最好通过诸如计算基于消息内容的散列函数及只应是授权的管理工作站200应用及具有网络增强型BIOS 600的计算机400知道的秘密密钥来验证421它。将其与作为工作站的应答的一部分发送的消息验证代码进行比较。只有授权的管理工作站才能生成包含正确的验证代码的应答。
工作站200与网络增强型BIOS 600之间的进一步通信最好加以验证，诸如利用秘密密钥来交换422基于随机数的会话密钥。可利用公知的密钥交换机制之一，诸如在Steiner的“应用密码学”中所描述的Diffie-Hellman。也可参看Hellman等人的美国专利4,200,770号。对于其余会话来说，要求所有将来的网络响应都使用交换钥来计算消息验证代码。
一旦交换了会话钥，就创建其它的线程来提供待由管理工作站支持的功能所要求的另外的服务。为了提供远程控制台设备，启动键盘重定向线程423，它接受发自管理工作站200应用的扫描代码，用通常为诊断目的设计的机制将扫描代码放入键盘控制器145的输出缓冲区。这些扫描代码然后被计算机400的标准诊断服务例程读取，其效果等同于在键盘140上按下一个键。键监控例程430检查在键盘上接收或击打的所有按键。某些键被解释为是要执行特殊动作—诸如进入特殊诊断模式或执行特定类型的再引导操作—的指令。
屏幕重定向线程424通过截获BIOS屏幕显示中断10H以及BIOS显示服务输出而捕获所有对屏幕的输出。输出被缓存，并在管理工作站应用请求传送未完成屏幕数据时定期发送给它。屏幕重定向线程424和键盘重定向线程423在下文结合应用协议层作进一步说明。
磁盘重定向线程425提供支持对软盘驱动器访问的重定向的选择。如果是这样配置的，BIOS软件磁盘服务中断(Intel 80×86上的中断13H)就被截取，所有对软盘驱动器(通常为A驱动器)的引用都被缓存，并在管理工作站200应用请求要传送未完成磁盘操作时定期发送给它。为服务于这些引用，管理工作站引用访问其自己的软盘、其硬盘上的文件、或位于网络上其它地方的另一个计算机上的驱动器上的文件。BIOS磁盘重定向线程425的操作将挂起，直到重定向的磁盘操作发生，且数据或结果已经通过网络300返回。作为中断13H操作的结果，所传输的数据被返回到调用应用或者操作系统函数。
上述磁盘重定向机制可用来向配备网络增强型BIOS的计算机提供从磁盘或另一个计算机上驻留的文件引导操作系统的能力。这在整个磁盘子系统都发生故障的情况下诊断计算机上故障特别有用，并且还可用于建立无磁盘的工作站计算机。
如上文介绍本发明的背景时所述，这个功能以前在PC兼容计算机上就有了，方法是安装一个具有特定网络卡专用的“引导ROM”的网络卡，这需要额外的花费。按照本发明，这个从远程设备引导和访问远程设备的功能是网络增强型BIOS 600的一个通用性功能，能用在各种有诸如ODI或BDIS驱动程序等标准驱动程序可用的各种网络卡上。
加载器服务线程426向管理工作站200应用提供一个到模块加载器630的接口。管理工作站200能向含有要装入RAM并作为另外的瞬态网络增强型BIOS线程执行的代码与数据的模块加载器630发送消息。
异步命令线程427向管理工作站200提供一个接口，通过它能向网络增强型BIOS 600发出异步命令，例如请求传输BIOS数据、进入特别诊断模式或执行特定的再引导操作。
以上描述的所有线程在网络增强型BIOS 600处于活动的整个期间连续运行，通常一直到POST完成。如上所述，如果没有管理工作站200的介入，并且没有POST错误，就发送一个指示POST成功完成的报警431。
网络增强型BIOS 600可以进一步安装其自己的处理计时器滴答中断(80x86微处理器上的中断08H)的中断处理程序。计时器滴答中断向量指向图8中的实现步骤860的过程，该过程迫使当前实模式保存其状态并转移到网络增强型BIOS 600。这使网络增强型BIOS 600能在诸如MS-DOS的某些实模式操作系统加载和运行期间以一定的间歇继续获得CPU控制。注意，BIOS屏幕显示中断10H此前可能已经被重定向到一个作为已经说明过的远程控制台设备的一部分的处理程序，这个机构依然在位。CPU控制然后传送到引导程序432。
如果要加载的操作系统是保护模式的操作系统，诸如NetWare或Windows-NT，则它将把处理器转换到保护模式，置换包括上述的计时器滴答中断和屏幕显示中断的中断向量，取得对CPU110的控制，除了其崩溃恢复诸功能外，网络增强型BIOS将停止工作。
如果加载的是没有任何保护模式内存管理器的实模式操作系统诸如MS-DOS，则网络增强型BIOS代码将留在扩展内存中。当MS-DOS重新编程中断向量时，它将链接现有的向量，使得MS-DOS中断处理例程将首先执行，然后执行该向量在MS-DOS引导程序启动时所指向的例程。这样的结果是，包括远程控制台设备在内的网络增强型BIOS600的所有功能，在这种操作系统运行时继续是可用的。
对本领域的熟练人员来说，显然，根据本公开中的介绍，可以在POST时或DOS环境中添加更多的可以在内核调度程序控制下运行的线程。
网络协议层现在参看图5，要说明的是一个提供BIOS内部网络接口的最佳方法。
网络支持一般被划分成几个软件层。例如，国际标准组织为网络支持定义了一个七层模型。该划分中的每一层都可以使用由它“下面”的一层所提供的服务，并向“上面”的一层提供服务。
网络驱动程序层724是底部软件层。它下面的层是连网软件本身—网络控制器接口725。网络驱动程序层724向上面的连网协议层722提供服务。
连网协议层722本身在逻辑上分为若干层，其中较低层协议用于使更高层协议能操作。例如，一个投递分组数据但不保障投递或投递次序的无连接的数据报协议(例如不可靠的数据报协议(UDP)—图6的732)被支持有保障的顺序数据投递的更高层协议(例如传输控制协议(TCP))使用。本发明的最佳实施例只实现无连接数据报协议来节省非易失性RAM的空间。UDP 732传送IP数据报或分组到IP层733(图6)。IP层733的功能是使网络300的拓扑和物理特征透明化。
模型的最顶一层是应用层721，它用协议层722所提供的服务来在网络上传输数据。网络驱动程序层网络驱动程序层724将网络卡硬件725与连网协议层722相连。网络驱动程序层724最好按照标准的接口规范来实现。如上所述，其中的两种可能规范是ODI和NDIS。本文说明的实现详细描述了按照ODI标准编写的驱动程序的使用。对于本领域的熟练人员来说，实现一个支持使用按其它标准—诸如NDIS或UNIX标准—开发的驱动程序、甚至支持多个标准网络增强型BIOS是显而易见的。
现在参看图6，将说明网络协议堆栈的最佳实施例。ODI规范定义了一个将网络设备驱动程序724与诸上层隔离的接口。链路支持层(LSL)734向网络堆栈和网络驱动程序这两个上层提供登记和缓冲器分配服务。网络设备驱动程序的诸部件被统称为多级链路接口驱动程序(MLID)。MLID738本身可以划分成三个部件媒体支持模块(MSM)735、拓扑特定模块(TSM)736和硬件特定模块(HSM)37。MSM例程735是所有驱动程序公用的，支持网络驱动程序层724与网络增强型BIOS的接口。TSM例程736对用于诸如以太网或令牌环等特定连网技术的驱动程序是公用的。HSM例程737是每个特定NIC170特有的。HSM例程737必须处理NIC初始化、开机、关闭、复位、分组接收与传输、超时。
为了便于网络卡驱动程序的开发，许多对许多TSM和MSM例程来说公用的代码都被第三方开发商标识出来放入能被驱动程序使用的常用例程集中。这些例程可以移植到BIOS中，没有操作系统的支持也能执行。这些TSM和MSM例程又可被HSM驱动程序737所依赖。按照定义，符合ODI的HSM设备驱动程序必须只使用ODI规定的服务。因此，支持那些TSM和MSM服务的网络增强型BIOS 600，无需操作系统的帮助就将能支持符合ODI的HSM设备驱动程序。
如上所述，MSM和TSM例程在网络增强型BIOS 600中的实现最好通过添加一个小型多任务内核来进行。
网络增强型BIOS 600最好实现LSL、MSM和TSM例程。然而，可以省略这些例程中的许多功能，以节省它们最好在其中存储的非易失性RAM 125。这样，网络增强型BIOS 600向连网接口卡170提供一种与操作系统所提供的类似的环境，允许符合现有标准的设备驱动程序无需修改就能实现本文目的的功能。最优的最小例程集的确定方法是，检查可从不同制造商得到许多不同的ODI驱动程序，确立哪些例程是要由网络增强型BIOS支持的应用层服务所必需的。本发明人目前所理解的用于NE2000、Intel EtherExpress和3Com 90x的最佳引入功能集，如下面的表1所列表1EtherTSMFastProcessGetRCBMSMParseCustomKeywordsEtherTSMFastRcvComplete MSMParseDriverParametersEtherTSMFastSendComplete MSMPrintStringEtherTSMGetASMHSMIFLevel MSMPrintStringWarningEtherTSMGetNextSend MSMRdConfigSpace16EtherTSMGetRCB MSMRdConfigSpace32EtherTSMRegisterHSM MSMRdConfigSpace8EtherTSMSendComplete MSMReadPhysicalMemoryEtherTSMUpdateMulticast MSMRegisterHardwareOptionsGetCurrentTime MSMRegisterMLIDMSMAlertFatalMSMReturnDriverResourcesMSMAlertWarning MSMReturnRcvECBMSMAllocPagesMSMScanBusInfoMSMAllocateRCB MSMScheduleIntTimeCallBackMSMDriverRemove MSMSearchAdapterMSMFreePages MSMSetHardwareInterruptMSMGetMicroTimer MSMWrtConfigSpace16MSMGetPhysical MSMYieldWidthDelayIOConfigurationList协议层为便于应用开发，网络增强型BIOS 600最好也实现一些不同的协议层。最好实现两个系列的协议基于NetwareTM的网络公用的因特网分组交换/有序分组交换(IPX/SPX)—连同其所要求的较低层协议；传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)协议系列—连同其支持协议诸如因特网控制消息协议(ICMP)。然而，在非易失性RAM非常宝贵的情况下，该实现在功能上可以部分或全部省略这一点。例如，网络增强型BIOS 600可以实现IPX而不实现保障分组投递且在IPX的顶上实现的SPX。RPC层为进一步便于应用开发，最好实现一个提供远程过程调用(RPC)731(图6)的功能的协议层。这是例如由Nelson B.J.、Birrell A.D.所描述(见《Implementing Remote Procedure Calls，ACMTransactions on Computer Systems》2(1)，1984年2月)的RPC的功能的一个子集。如图7所示，RPC服务器751配备在网络增强型BIOS内，RPC客户机752配备在管理工作站200应用内。这就使管理工作站200上的应用程序能包括一个简单功能调用753，其参数是用较低层网络协议在网络300上传送给带有网络增强型BIOS 600的机器400的。RPC功能然后由该网络增强型计算机400上的一个服务例程755执行，结果被返回756到管理工作站。客户机调用过程753和服务器被调用的过程可以分别与一个调用占位程序或被调用占位程序(未予示出)接口。这为应用程序能与网络增强型计算机400交互作用提供一种简易的方法。网络增强型计算机400最好用诸如上文已说明过的消息验证代码协议来验证RPC请求。
RPC机制也为OEMS实现增强的服务—诸如从服务器管理硬件访问数据或在制造测试时装载诊断代码—提供了手段。应用层应用层721含有管理员可远程访问的各种应用服务。
这些应用最好包括屏幕和键盘向网络300的重定向，允许应用的控制经过网络，而不是使用本地键盘140和视频显示器130。这将提供远程控制台设备许多特征，诸如允许远程控制台设备观察由POST报告的消息和任何错误以及用BIOS建立屏幕或其它BIOS配置方法来允许查看和改变由BIOS控制的参数。
屏幕和键盘通过网络300的重定向可以用上述的线程423和424(图4)及RPC机制来取得。键盘重定向的取得方法是，捕获工作站200的按键，使RPC调用将对应于按键的扫描代码从工作站200传输到计算机400。网络增强型BIOS内的服务线程423然后模拟从本地键盘接收的扫描代码的效果。实现这种模拟的其中一个方法是，向键盘控制器电路145发送一个特殊命令，将所传输的扫描代码插入键盘控制器电路的输出缓冲器。
屏幕重定向更复杂，因为它要求从网络增强型BIOS 600向工作站200传输数据，而所述RPC机制一般不允许这种传输从计算机400启动。因此在工作站200应用程序中要调用RPC功能，在网络300上传输一个请求，该请求然后启动计算机400上BIOS的网络接口内安装的一个服务例程，阻塞各屏幕重定向线程的执行，直到有屏幕数据准备好向工作站200发送。如上所述，服务最好是多线程的，以便在等待屏幕数据期间让其它操作继续。服务例程通过挂钩BIOS屏幕显示服务中断就能捕获屏幕数据，或者它可以直接链接到向屏幕输出字符的BIOS显示服务代码。当屏幕数据可用时，它被放置在内存的缓冲区，这导致RPC服务器的服务线程被解除阻塞。发送一个含有屏幕数据的网络分组。这导致RPC客户机线程解除阻塞，屏幕数据作为原始功能调用的结果被返回给管理工作站。
其它采用最佳分层体系结构、特别是RPC功能的可能应用包括诊断例程，这些例程允许通过发出测试命令和浏览使用网络的工作站200上的结果来测试网络增强型计算机400。
能采用最佳分层体系结构的其它可能应用对于本领域的熟练人员来说是显而易见的。二进制兼容性网络适配器制造商通常与每个网络适配器一起提供含有操作系统特定的设备驱动程序的文件。为了使用为这种操作系统开发的网络驱动程序，网络增强型BIOS 600必须使用驱动程序文件内含有的二进制映象。按照ODI标准，驱动程序映象的格式是NetWare LoadableModule(NLM)文件格式。网络适配器制造商提供的支持ODI标准的驱动程序实现ODI规范的HSM部分。加载进程必须转换这个格式并将驱动程序装入非易失性存储器。在加载进程中，设备驱动程序引用外部例程和其需要被处理的入口点。NLM格式含有关于为支持其含有的代码的操作而需要的外部例程的信息。信息的形式是一个表，内容是外部例程必须由此调用的地址，和可以解释为是外部例程的名称的对应引用。在加载进程期间，所需要的例程位于内存中，需要引用这些外部例程的NLM中的位置被改变。这个过程对本领域的熟练人员来说是熟悉的，他们一般称之为“链接”。
在本发明的一个实施例中，一个基于独立操作系统的实用程序读取NIC制造商提供的驱动程序文件，解析对驱动程序中外部符号的引用，输出一个然后被装入非易失性存储器的二进制文件。在本发明的另一个实施例中，驱动程序文件将被BIOS代码直接装入非易失性存储器。网络增强型BIOS 600在系统启动时解析对驱动程序中外部符号的引用。如上所述，由制造商所提供设备驱动程序引用的外部例程是在网络增强型BIOS内部实现的，这就消除了访问操作系统的需要。
除了实际的驱动程序代码和数据之外，驱动程序二进制文件还含有几个表，包括·一个描述各种其它表的位置和性质的文件首部；·驱动程序代码段的映象；·驱动程序数据段的映象；·应当由其它模块(导入表)提供的符号的名称和使用位置；·驱动程序提供的能被其它模块使用的符号的名称和位置；·一个能根据驱动程序被装载到的最终地址固定驱动程序代码和数据映象的表，这个表通常被称为“组织”表。
驱动程序加载代码(要么是网络增强型BIOS 600的一部分，要么是基于独立的操作系统的实用程序中的)用这些表中的信息，来解析对其它模块的引用，根据最终的加载地址来定位驱动程序映象。用调制解调器替代NIC的操作如上所述，在不可能有使用NIC的网络连接的情况下，可能需要用调制解调器连接作为替代。实现的方法最好是，创建一个软件模块，它实现ODI规范的MLID部分，但被改造为适合通过计算机175的串行接口—因此就是通过一个连接远程计算机的外置式调制解调器180来发送和接收数据。(图2)或者也可以使用内置式调制解调器。这个软件模块作为HSM的替代，按上述方法在非易失性存储器中链接和安装。
在另一实现中，支持调制解调器的软件模块最好设计成与协议堆栈的UDP层一样的API。在这个情形中，UDP以及协议堆栈的所有较低层都可以从计算机的非易失性存储器中省略。操作系统故障检测和处理操作系统901(图9)的故障可以通过许多已知技术中的任何技术或通过下文描述的新的监视机制来检测。
许多操作系统故障导致一个有控制的故障模式，在这种模式中，操作系统本身检测故障并执行错误例程。可以检查操作系统代码或文档来确定这种错误例程的执行的路径。通过使用具有系统级特权的设备驱动程序，就有可能修改错误例程，迫使它将控制交给为此目的保留在内存中的网络增强型BIOS 600的一部分。网络增强型BIOS最好也提供应用程序接口(API)或供操作系统在进入受控制的故障代码时寻址的简单错误例程入口点。这在操作系统采用能用于指示其将其错误处理程序例程定向到外部代码的API的情况下是有用的。
其它用于检测操作系统故障的技术包括使用监视计时器装置。在Burckhartt专利中描述了一例监视计时器装置，它与在操作系统控制下运行的一个程序联合操作。操作系统在正常操作期间定期地再触发计时器。如果Burckhartt专利中描述的计时器的时间段到期，没有程序重新触发计时器，就假设操作系统发生了故障。计时器的输出直接或间接地连接处理器的复位引脚，使系统复位。这就阻止了对关于故障的原因的有用信息的收集。
现在参看图9，本发明的监视计时器机制(下文说明)克服了这些缺陷，最好用于网络增强型BIOS，因为它允许采用网络增强型BIOS的数据传输方法。对故障诊断有用的信息可以被捕获并传送到远离故障机器的系统管理器。这与现有技术不同，因为事实上监视计时器机制不立即将机器复位，反而让某些基本数据收集操作首先发生。采用的是微处理器的系统管理模式(SMM)。数据收集例程920被网络增强型BIOS安装到系统管理RAM(SMRAM)121(图2)中。这个数据收集920例程可以在上述许多步骤中的任何步骤期间安装，例如在图8的内核初始化步骤820期间安装。SMRAM 121只有在系统管理中断(SMI)已经发生并正受到服务的时候才是可访问的。SMM、SMRAM和SMI在Intel公司提供的微处理器手册中有描述。SMI可以用与芯片集123外部SMI引脚连接的外部计时器122(图2)来生成。芯片集123用一个逻辑“或”函数(未予示出)将SMI与它的内部SMI源组合，然后将这个信号传出，输出到微处理器SMI引脚中。
或者，芯片集可含有用于电源管理的内部计时器或可编程成定期SMI的源的备用计时器。最好用这种内部计时器来实现，因为无需配备另外的硬件。计时器按编程的间隔上生成SMI905。对于每个计时器事件，在SMRAM中存储的事件计数器增量910。如果事件计数器达到预定值915，说明操作系统已经崩溃，于是就启动数据收集。如果收集计数器还没有达到预定值，SMI例程就被退出935。一个在操作系统901控制任务下运行的程序定期地递减计数器或将计数器置零902，以防止计数器达到预定值。
监视计数器功能的实现细节必然依照其部署所在的是什么硬件平台而有所不同。用不同方式处理计数的其它等价实现也是可能的。
要是能够运行同一个程序来复位运行着相同操作系统的任何机器上的监视计时器程序—无论SMRAM中监视机制的实现细节如何，那是有益的。因此，常规BIOS 500最好配备一个API来启动监视器、关闭监视器、设置超时期限、复位SMI事件的当前计数。这个API最好以一个通过BIOS 32位服务目录访问的服务来实现。描述BIOS 32位服务的有《Standard BIOS 32-Bit Service Proposal》(0.4版，Phoenix Technologies出版，1993年5月24日)—本文引以参考。在操作系统控制下运行的程序用具有内核访问权的设备驱动程序来访问BIOS 32位服务。
当这个推荐的监视计时器方法检测到操作系统崩溃时，可以采取各种步骤920来为以后的诊断保留关于崩溃状态的信息。其中的例子是，将计算机内存的一部分或全部，复制到磁盘存储介质的预留区中—这通常称为核心转储；保留屏幕存储器和视频控制器寄存器的状态—由此保留原本会由操作系统在其错误例程中显示的诊断信息。
在采取了所有这些保留证据的步骤之后，系统可以被复位930。这个复位在其POST的早期用一种在CMOS存储器中存储的特殊关机代码或其它等价装置向常规BIOS通知复位是崩溃所致。这个事实可以在控制台上显示，并且如果网络增强型BIOS是这样配置的，它就能因为这种崩溃而自动进入特殊诊断模式。可以将携带这个事实和关于崩溃的其它任选信息的SNMP报警通过网络300发送到另一个计算机。远离计算机的系统管理员于是就能选择在试图重新加载计算机操作系统之前用采用网络增强型BIOS的传输机制的应用将诊断信息传输到他的计算机。特殊诊断状态如上所述，BIOS最好包括一个特殊诊断状态，在这个状态下，操作系统的加载被禁止，计算机在图4的操作系统加载414之前，等待有进一步的干预被启动。这就便于诊断导致要再引导系统的错误。可以用远程控制台装置来迫使计算机进入这个特殊诊断状态。这可以通过使用上述的远程过程调用来实现。网络增强型BIOS也可以这样配置，使得如果计算机中发生某种故障条件，就可自动进入特殊诊断状态。
远程工作站200上的远程控制台可以结合网络增强型计算机400编程，在网络增强型计算机400处于特殊诊断状态期间执行许多有用的功能，诸如使网络增强型计算机400复位并重新执行POST例程；致使数据从网络增强型计算机400上的硬盘被读出并通过网络300传输到远程控制台；使数据被从远程工作站200通过网络300传输到网络增强型计算机400并写入计算机400上的硬盘存储器160。远程控制台可以进一步使BIOS中保留的诸如CMOS设置、DMI、ESCD和BIOS错误日志等数据被通过网络300传输到远程工作站200，或从远程工作站传输并在网络增强型计算机400的适当存储器中修改。
BIOS也可以含有一个过程，用于远程加载BIOS本身一部分，以便能从网络300上的另一个计算机—诸如服务器100-下载BIOS的一部分标准功能，由此降低在计算机上存储BIOS代码所需非易失性存储器的存储量。如果必须从第二台计算机100下载BIOS的标准功能的基本部分，诸如BIOS代码，则计算机400如果不适当连接到网络300就不起作用。因为网络连接最好是编码过的，这就确保，如果计算机被偷或移开其网络连接，它将不再完成POST的执行并由此将使其是不可服务的。这将是对偷窃的重要防止手段。
此外，远程控制台还可以使数据被通过网络300传输并写入用于存放常规BIOS和网络增强型BIOS的非易失性存储器125，由此更新某些或部分BIOS，使得第一台计算机下一次复位时将使用BIOS的新版本或配置。
应当明白，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对于本领域的熟练人员来说，显然可以实现各种其它改进。例如，尽管图1的标注400中所示的是指台式计算机的网络增强型计算机，它也可以是一个服务器，如图1的标注100所示。因此，权利要求的范围并不限于本文所作的说明或解释，相反，权利要求被视为包含本发明中所有具有专利新颖性的特征，包括本领域熟练人员认为等价的那些特征。
权利要求
1.一种用于具有系统管理RAM(SMRAM)和定期对事件计数器作第一调整的操作系统的计算机系统的故障恢复方法，该方法包含的步骤为以固定间隔生成系统管理中断(SMI)；响应所述SMI执行中断服务例程，所述中断服务例程对所述事件计数器作第二调整；以及响应所述事件计数器达到预定极限时收集系统状态信息。
2.权利要求1的故障恢复方法，进一步包含的步骤是，将所述所收集信息传输到与所述计算机系统通过网络相连的远程工作站。
3.权利要求2的故障恢复方法，其中，所收集信息的传输，是由配备用于与所述计算机系统通过网络相连的工作站通信的协议的保护模式内核进行的。
4.一种能在计算机系统发生故障时收集数据的计算机，所述计算机包含中央处理单元(CPU)；与所述CPU相连的随机存取存储器，所述随机存取存储器存储计算机系统状态数据；在所述CPU上执行的操作系统，所述操作系统可被所述CPU上执行的用户级应用软件访问；与所述CPU相连的系统管理RAM(SMRAM)；配置成能检测所述计算机系统故障的崩溃检测机构；以及在所述SMRAM中存储的数据收集例程，所述数据收集例程被配置成根据由所述崩溃检测机构对所述计算机系统故障的检测而在所述CPU上执行，所述数据收集例程存储所述计算机系统状态数据的至少第一部分。
5.权利要求4的计算机，其中，所述随机存取存储器包含物理地位于视频控制器上的存储器，所述计算机系统状态数据包含视频控制器寄存器数据。
6.一种操作计算机的方法，所述计算机包括中央处理单元(CPU)，所述CPU以包括实模式和保护模式的至少两种模式操作，所述方法包含加载并在实模式下的所述CPU上执行第一基本输入/输出系统(BIOS)，所述第一BIOS有个初始部分和一个后继部分，所述第一BIOS进行所述计算机的开机系统测试；在所述第一BIOS的所述初始部分的执行之后，加载并在保护模式的所述CPU上执行第二BIOS；所述第二BIOS和所述第一BIOS的所述后继部分交替地在所述CPU上被执行，使得所述第二BIOS和所述第一BIOS的后继部分看起来在同时执行。
7.权利要求6的方法，其中，所述计算机进一步提供计时器中断，所述同时执行所述第二BIOS和所述第一BIOS的所述后继部分的步骤包含(a)在被执行的转移程序保存实模式第一BIOS的当前状态，将CPU的控制传送给恢复保护模式第二BIOS的状态并将所述CPU转换到保护模式的部分代码时，将所述计时器中断引向在实模式下执行的转移程序；(b)执行所述保护模式第二BIOS的一部分；(c)将所述CPU转换到实模式并保存保护模式第二BIOS的当前状态；(d)将所述实模式第一BIOS恢复到所保存的状态；以及(e)执行所述实模式第一BIOS，直到被所述计时器中断所中断，由此，所述实模式第一BIOS将执行，直到被所述计时器中断所中断，此时所述保护模式第二BIOS将被恢复到所保存的状态并被给予CPU控制。
全文摘要
本发明提供一种在引导计算机操作系统之前或操作系统故障之后通过网络与计算机通信的方法和系统。在网络增强型BIOS(600)中实现一个多任务内核。NIC设备驱动程序中的外部引用被解析为引用由网络增强型BIOS提供的服务。可以用与计算机通过网络相连的工作站来在加载操作系统之前或操作系统故障之后访问和设置计算机的状态。多任务内核可以与常规BIOS(500)同时操作。计算机可进一步配备用于在POST故障或操作系统崩溃时向工作站报警的装置。
文档编号G06F11/30GK1439961SQ0310095
公开日2003年9月3日 申请日期1998年3月19日 优先权日1997年3月20日
发明者Y·拉卡维, I·安德森, A·加斯滕, J·罗奇, M·P·R·伯顿 申请人:凤凰技术有限公司