基于一键恢复功能的计算机系统、恢复装置和恢复方法

专利名称：基于一键恢复功能的计算机系统、恢复装置和恢复方法
技术领域：
本发明涉及一种基于一键恢复功能的计算机系统，也涉及一种用于实现该一键恢复功能的计算机系统恢复装置，还涉及与该恢复装置配合使用的计算机系统恢复方法，属于计算机应用技术领域。
背景技术：
“消除数字鸿沟，构造和谐社会”是人类社会发展所面临的重要共同课题，世界各国政府均对此高度重视。我国政府已经将完善信息基础平台建设和提高全民的信息化水平作为重要的发展战略加以执行。
作为信息化战略的核心之一，信息化普及主要包括以下几个方面的工作1.为广大群众，尤其是低收入群众，提供更容易更优惠的电脑获取方式；2.为他们创造接触电脑和提高电脑使用能力的机会；3.使电脑真正成为他们增强经济获取能力和生活水平的手段，以提高他们使用和获取电脑的积极性。
随着技术的不断进步，现有的计算机的硬件价格已经大大下降。即使对平均收入水平较低的农村用户而言，购买一台普通的个人计算机已经不是一件难事。但是，现有的个人计算机需要用户掌握一定的计算机操作常识。但对于接触计算机较少的用户而言，往往很难具备这一条件。在实践中，对于类似操作系统崩溃这样普通的故障也会使该类用户一筹莫展，而对该类用户而言，由于误操作而使操作系统整体崩溃、再也不能自我恢复是常有的事情。因此，针对计算机操作技能比较欠缺的普通用户，开发便于实现操作系统及特定软件包恢复的计算机就成为一项十分有意义的工作。
当前，一些计算机厂商已经开发出了用于实现操作系统一键恢复的相关技术。例如一些品牌计算机就以一键恢复功能作为卖点。从技术实现角度上分析，它通常是在硬盘上划出一个数百MB到1GB多的隐藏分区存放恢复数据，系统启动过程中用户按指定键(通常为F11键)进行恢复操作，恢复成初始化安装的系统。在Windows环境下，这一技术实现起来并不算复杂，因此也有人通过一些其它的方法并结合Ghost软件，将自己备份的系统放进隐藏分区。这样只要在开机时按某一个特定按键就会自动运行Ghost，从而实现系统快速恢复功能。
公开号为CN1484152的发明专利“计算机操作系统的恢复方法及装置及生产该系统的方法”就提供了一种计算机操作系统的恢复装置，包括具有第一分区、第二分区以及包含开机文件的第三分区的数据储存装置，再加上具有恢复功能的基本输入/输出系统。当欲利用BIOS来执行系统恢复功能时，先让计算机系统由第三分区进行开机。当开机之后，将第二分区内的操作系统图像文件还原为一操作系统并复制至第一分区，并将第三分区的状态设为隐藏与非活动，且将第一分区的状态设为活动，并让计算机系统由第一分区重新开机。以便于计算机开机时，操作系统会自动执行每个批处理文件以安装所想要的应用程序或修补文件或驱动程序更新文件，而不须为了因应使用者的需求而重新安装操作系统及应用程序。
公开号为CN1508697的发明专利申请“在硬盘上实现保护计算机操作系统的方法及其装置”提供了一种在硬盘上实现保护计算机操作系统的方法及装置。它包括开机启动基本输入输出系统，设置操作系统不正常启动的触发条件，基本输入输出系统引导程序判断操作系统不正常启动的触发条件是否存在，不存在则调用硬盘普通分区里的操作系统，如果不正常触发条件存在则在硬盘里设置操作系统保护区域，由基本输入输出系统引导硬盘保护区里的操作系统的步骤。本发明可在计算机里实现独立的完全隔离的一套操作系统而不受普通操作系统的影响，它把普通操作系统及其恢复程序保护起来，即使用户普通操作系统完全被破坏，也能让用户的数据最迅速地恢复。
但是，上述的计算机系统恢复技术在具体使用时，即使将有关步骤整合成“一键恢复”功能，其实现过程也是以键盘操作为主，对于不熟悉计算机基本操作的部分用户而言，使用起来并不是很方便。另外，通过键盘进行操作也不符合现在的家用计算机操作日益家电化和“傻瓜化”的技术发展趋势。
另外，由于Linux操作系统采用开放源代码的运作模式，可以大大降低用户的初始使用成本，越来越多的厂商在其生产的计算机上预装Linux操作系统。但是，现有的计算机操作系统恢复方案主要是针对Windows操作系统而设计的，由于Windows操作系统和Linux操作系统所提供的操作系统环境明显不同，因此适合Windows操作系统的系统恢复技术并不能直接在Linux环境下使用。人们迫切需要一种针对预装Linux操作系统的计算机而专门设计的操作系统恢复方案。

发明内容
本发明的第一个目的在于针对计算机操作技能有限的部分用户的实际需要，提供一种基于一键恢复功能的计算机系统。该计算机系统通过在机箱上设置独立的按键，可以让用户以操作家电的方式很方便地实现“一键恢复”功能。
本发明的第二个目的是提供一种用于实现上述计算机系统的计算机系统恢复装置。
本发明的第三个目的在于提供一种与上述计算机系统恢复装置配合使用的计算机系统恢复方法。该方法尤其适合于安装有Linux操作系统的计算机。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案一种基于一键恢复功能的计算机系统，其特征在于所述计算机系统具有计算机系统恢复装置。
该用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，安装在计算机的机箱内部，通过USB接口与计算机的主机板相连接，其特征在于用于启动所述计算机系统恢复装置的“恢复”键设置在计算机的机箱表面，该按键接收来自用户的操作指令，并向GPIO电路输入有关的控制信号，所述GPIO输入电路将输入的信号通过与之相连接的内部编码电路进行再编码，然后经USB引擎电路传入主机板。
其中，所述计算机系统恢复装置以USB协议控制芯片HT82K96E/95E为中心，包括“一键恢复”开关、USB接口芯片，其中所述“一键恢复”开关通过X0、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接，所述USB接口芯片则通过D+和D-引脚与所述USB协议控制芯片上的对应引脚相连接，所述USB协议控制芯片的OSC1和OSC2引脚分别连接晶振的两端。
所述计算机系统恢复装置还包括电视模式启动开关，所述电视模式启动开关通过X4、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
所述计算机系统恢复装置还包括返回电脑模式开关，所述返回电脑模式开关通过X1、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
所述计算机系统恢复装置还包括系统重启开关，所述系统重启开关通过X3、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
一种用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复方法，其特征在于包括如下步骤将计算机的硬盘分为至少三个分区，分别是文件系统分区、交换分区、用户数据分区，并设置一个独立的隐藏分区；将操作系统文件和有关备份文件备份到所述隐藏分区中；计算机系统恢复装置中的“恢复”按键启动之后，读取备份日志，选择备份点，将所述隐藏分区中操作系统文件复制到所述文件系统分区；重新启动计算机，所述计算机通过复制过来的操作系统文件进行工作。
其中，所述操作系统为Linux操作系统。
所述文件系统分区和用户数据分区的分区格式为ext3，所述隐藏分区的格式为FAT32。
在进行数据备份时，首先读取正常使用时的操作系统信息，再分析文件内容，按照设定好的压缩比进行文件压缩，将压缩好的文件打包保存在隐藏分区中，同时记录备份时间点和做备份标签。
本发明所提供的基于一键恢复功能的计算机系统是依据用户的实际需求而开发的应用解决方案。该方案可以使用户通过按动一个简单的“恢复键”，将出现故障或被攻击的操作系统快速还原到出厂或者健康状态，同时也保留原有的数据，从而降低整机的维护成本，提高操作系统的易用性。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
图1为基于一键恢复功能的计算机系统的主机机箱示意图。
图2为本发明所述的计算机系统恢复装置的模块图。
图3为图1所示装置的电路原理图。
图4为用于实施本发明所述方法的计算机的硬盘分区示意图。
图5为系统备份过程的基本流程图。
图6为系统恢复过程的整体流程示意图。
图7为在计算机系统中使用本操作系统恢复方法的配置流程示意图。
具体实施例方式
图1为本发明所提供的基于一键恢复功能的计算机系统的主机机箱示意图。从该图可以看出，与现有通过键盘操作实现计算机系统恢复的技术明显不同的是，在本计算机的主机机箱表面设置有独立的“恢复”按键。该按键用于实现所谓的“一键恢复”功能，即使用者一旦发现计算机的操作系统发生崩溃，无论崩溃到何种程度，使用者均可以通过直接按下该“恢复”按键，启动计算机内部隐藏的有关恢复软件，通过该软件完全自动地实现计算机操作系统和部分特定软件包的整体恢复。这样，使用者只需要象操作家电产品那样，直接按下该键就可以将陷于崩溃的计算机系统恢复为出厂状态或某种特定的健康状态，操作极为简单方便，尤其适合对键盘操作不熟悉的部分用户。
在图1所示的实施例中，“恢复”按键分布在计算机的电源按键一侧，另一侧是“重启”按键。这种按键分布方式可以使使用者一目了然，轻松地实现使系统恢复的操作。但是，“恢复”按键放置在电源按键一侧，容易发生误触碰，导致出现使用者不希望的结果。为了解决这一问题，可行的解决方案有两个，一个是改变该“恢复”按键的位置，将其改换到机箱上不容易被触碰的位置如顶部等，另一个是将该“恢复”按键的启动时间延长，例如要求连续按下30秒之后才启动系统恢复操作。具有上述延时启动功能的按键已经在个人计算机中广泛使用。
上述“恢复”按键的具体功能要通过图2所示的计算机系统恢复装置来具体实现。该计算机系统恢复装置制作成一块电路板的形式，安装在计算机的机箱内部。
图2所示为该计算机系统恢复装置的组成模块图。该装置中，控制信号输入电路向GPIO输入(通用输入)电路输入有关的控制信号。该GPIO输入电路利用工业标准I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，具有GPIO接口的产品能够提供额外的控制和监视功能。GPIO输入电路将输入的信号通过与之相连接的内部编码电路进行再编码，然后经USB引擎电路传入主机板。由于本系统恢复装置使用USB引擎电路，即与主机板之间通过USB接口相连接，因此在计算机上安装和使用本装置的操作将会十分简便。
图3是上述系统恢复装置的具体电路原理图。该装置的电路部分以标记为J1的8位高速USB协议控制芯片HT82K96E/95E为中心，还包括开关J2～J5、USB接口芯片U7等，其中开关J2通过X0、Y0引脚与J1芯片相连接，开关J3通过X4、Y0引脚与J1芯片相连接，开关J4通过X1、Y0引脚与J1芯片相连接、开关J5通过X3、Y0引脚与J1芯片相连接。USB接口芯片U7则通过D+和D一引脚与J1芯片上的对应引脚相连接，以实现与主板之间的USB方式通信。此外，J1的OSC1和OSC2引脚分别连接晶振Y1的两端，以获得振荡的时钟信号。在图3所示的实施例中，采用了多个开关J2～J5，其分别为“一键恢复”开关、电视模式启动开关、返回电脑模式开关和系统重启开关。这些开关的设置主要是为了方便用户，它们可以根据用户的需要进行裁减。
上述的系统恢复装置通过计算机主机板上的USB接口接入系统总线。一旦“恢复”按钮被按下，该系统恢复装置启动，通过USB接口向系统总线发出重启(reset)指令，CPU响应该重启指令之后，重新启动计算机，进入系统恢复模式，通过硬盘复制重新恢复有关的操作系统软件和某些特定的软件包。
下面，就本发明中采用“一键恢复”操作方式来实现计算机操作系统恢复的基本步骤进行详细的说明。
前已述及，现有的操作系统备份恢复方案从实现模式上看，主要有扇区级备份和文件级备份两种方式。扇区级备份主要采取磁道对磁道的复制模式，这种备份方式对硬盘要求较高，同时因为也改变了操作系统底层的文件格式，使运行操作系统的速度受到影响。在文件级备份上，以支持微软公司的Windows系列操作系统的软件为多，对于Linux操作系统则相关的技术方案非常有限。
相比较而言，采用文件级备份，速度上较扇区级的要稍慢一点。但采用文件级备份比较灵活，可以选择不同的压缩算法和压缩比，并且利于扩展，如增量备份等。考虑到本发明所提供的计算机系统主要是针对对计算机工作速度要求不高的普通用户，因此在本计算机操作系统恢复方法中，采用文件级备份方式实现有关操作系统和特定软件包的备份。
作为本操作系统恢复方法的第一步，如图4所示，首先将计算机的硬盘分为至少三个分区，分别是文件系统分区1，分区格式为ext3；交换分区2，其分区最小为512M；用户数据分区3的分区格式为ext3。分区1需要进行备份保护，分区2、3不需要进行备份保护。同时，设置一个独立的隐藏分区，用于存放有关的操作系统备份数据。该隐藏分区必须是最后一个逻辑分区，格式为FAT32。分区1是主分区，其余为扩展分区中的逻辑分区。
上述的隐藏分区是采用HPA技术实现的。在操作系统正常启动，进行通常的计算机操作时，无法访问最后一个隐藏分区。但该隐藏分区在进行系统恢复操作时则可以访问。这一设置隐藏分区的技术在现有的计算机系统恢复方法中得到普遍使用，例如联想、三茗等公司推出的系统恢复解决方案就采用了该项技术。因此，对于这项现有技术就不详细说明了。
图5为数据备份工作的流程示意图。这是实现操作系统恢复的第一步。数据备份工作主要的目的是将一个完整的操作系统备份到该隐藏分区。与现有技术相比，该数据备份工作具有以下几方面的特点(1)直接读取块设备(block device)。它实际上是直接通过硬盘访问方式进行读取，之后进行分析。此处充分利用ext3文件格式的技术特点。
(2)在产品出厂时，将系统运行所需要使用的基本文件，包括操作系统文件和部分特定的软件文件有选择性地打包存储在硬盘中的隐藏分区中。在这一过程中，由于EXT文件系统对每一个文件会保留三个属性the last modificationt ime(mtime)，the last access time(atime)，and the lasti-node modification time(ctime)，如果使用一般的系统调用技术来读取文件，文件的atime会改变成最近的access time。针对这一问题，本发明人采用的是利用更改硬盘引导方式的方法，首先读取正常使用时的操作系统信息。然后分析文件内容，按照设定好的压缩比进行文件压缩，并且将压缩后的文件打包保存在隐藏分区中，同时记录备份时间点和做备份标签，便于恢复的时候使用。
(3)采用了内核级的文件系统接口，对于硬盘等系统设备没有特殊要求。因为有关的文件备份操作都是遵循行业标准和协议，如ATAPI5(HPA-2)等协议，所以对单独系统设备没有特殊要求，兼容性良好。
图6所示为采用本发明所述方法之后，计算机操作系统实现恢复的基本流程。这一流程及相关内部操作是这样的在计算机正常使用时，基于本计算机系统恢复方法而编制的软件默认是键盘进行操作，因此它只在后台运行，对计算机的正常使用没有影响。另外，“恢复”键的loader保存在硬盘主引导记录中。计算机在使用过程中，如果出现了系统崩溃的现象，则使用者在按下“恢复”按键之后，计算机进入重启状态，同时激活该系统恢复软件。该软件首先修改计算机的BIOS，使计算机重启之后的正常启动进程中断，并进入系统恢复流程。在这一流程中，首先打开隐藏分区，并将隐藏分区中的有关文件数据整体复制到上述的文件系统分区1之中。在这一复制过程中，在复制文件数据的同时还要复制文件数据相应的inode。该inode是Linux文件系统所特有的内容，每个inode的大小为128byte，其分别记录一个文件的属性以及这个文件分布在哪些data block(数据块)上。隐藏分区的文件复制工作完成之后，文件系统分区1重新安装有完整的操作系统文件和用户指定的特定软件包。此时，恢复软件再次修改计算机的BIOS，恢复计算机的正常引导程序。这样，计算机将通过文件系统分区1中的操作系统文件实现正常的启动，从而实现计算机操作系统的“一键恢复”。
在农村、建筑工地等供电条件不好的地方，停电是常有的事情。而一旦停电将使有关的操作系统恢复工作受到很大的影响。为了减少停电所带来的负面影响，在操作系统恢复过程中，需要读取备份日志，以便有针对性地利用已经备份的操作系统实现系统的恢复。
图7为在计算机系统中使用本操作系统恢复方法的配置流程示意图。在这一过程中，如果计算机中安装的是单独的Linux操作系统，则复制SC2Config.ini.linux为SC2Config.ini，如果安装的是两个操作系统(Linux和Windows)，则复制SC2Config.ini.win为SC2Config.ini，然后，将最后一个分区转变成隐藏分区，复制有关的操作系统文件到隐藏分区，安装“恢复”键的loader到MBR(硬盘主引导记录)，启动时如果loader发现隐藏分区不是HPA则将其自动设置成HPA。
从理论上看，现有的各种操作系统如Windows、Unix、Linux等都可以使用本发明所述的方法。但相比较而言，由于Windows的内核不开放，各系统文件之间的关联关系不是很清楚。因此，在现有环境下，对Windows操作系统采用本发明所述的方法存在一定的困难。但是，对于Unix和Linux操作系统而言，特别是对于Linux操作系统，由于其源代码必须遵循GPL规范，是完全开放的。各系统文件之间的关联关系也是很清楚的。因此，Linux操作系统特别适用于实现本发明所提供的操作系统恢复方法。
上面虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，安装在计算机的机箱内部，通过USB接口与计算机的主机板相连接，其特征在于用于启动所述计算机系统恢复装置的“恢复”键设置在计算机的机箱表面，该按键接收来自用户的操作指令，并向GPIO电路输入有关的控制信号，所述GPIO输入电路将输入的信号通过与之相连接的内部编码电路进行再编码，然后经USB引擎电路传入主机板。
2.如权利要求1所述的用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，其特征在于所述计算机系统恢复装置以USB协议控制芯片HT82K96E/95E为中心，包括“恢复”开关、USB接口芯片，其中所述“恢复”开关通过X0、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接，所述USB接口芯片则通过D+和D-引脚与所述USB协议控制芯片上的对应引脚相连接，所述USB协议控制芯片的OSC1和OSC2引脚分别连接晶振的两端。
3.如权利要求2所述的用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，其特征在于所述计算机系统恢复装置还包括电视模式启动开关，所述电视模式启动开关通过X4、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
4.如权利要求2所述的用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，其特征在于所述计算机系统恢复装置还包括返回电脑模式开关，所述返回电脑模式开关通过X1、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
5.如权利要求2所述的用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复装置，其特征在于所述计算机系统恢复装置还包括系统重启开关，所述系统重启开关通过X3、Y0引脚与所述USB协议控制芯片相连接。
6.一种用于实现一键恢复功能的计算机系统恢复方法，其特征在于包括如下步骤将计算机的硬盘分为至少三个分区，分别是文件系统分区、交换分区、用户数据分区，并设置一个独立的隐藏分区；将操作系统文件和有关备份文件备份到所述隐藏分区中；计算机系统恢复装置中的“恢复”按键启动之后，读取备份日志；将所述隐藏分区中操作系统文件复制到所述文件系统分区；重新启动计算机，所述计算机通过复制过来的操作系统文件进行工作。
7.如权利要求6所述的计算机系统恢复方法，其特征在于包括如下步骤所述操作系统为Linux操作系统。
8.如权利要求6所述的计算机系统恢复方法，其特征在于包括如下步骤所述文件系统分区和用户数据分区的分区格式为ext3，所述隐藏分区的格式为FAT32。
9.如权利要求6所述的计算机系统恢复方法，其特征在于包括如下步骤在进行数据备份时，首先读取正常使用时的操作系统的信息，再分析文件内容，按照设定好的压缩比进行压缩，将压缩好的文件打包保存在隐藏分区中，记录备份时间点和做备份标签。
10.一种基于一键恢复功能的计算机系统，其特征在于所述计算机系统具有如权利要求1所述的计算机系统恢复装置。
全文摘要
本发明提供了一种基于一键恢复功能的计算机系统，一种用于实现该一键恢复功能的计算机系统恢复装置和与该恢复装置配合使用的计算机系统恢复方法。该计算机系统中，“恢复”键位于计算机的机箱表面，该按键接收来自用户的操作指令，并向GPIO电路输入有关的控制信号，GPIO输入电路将输入的信号通过与之相连接的内部编码电路进行再编码，然后经USB引擎电路传入主机板。本发明是依据用户的实际需求而开发的应用解决方案，可以使用户通过按动一个简单的“恢复”键，将出现故障或被攻击的操作系统快速还原到出厂或者健康状态，同时也保留原有的数据，从而降低整机的维护成本，提高操作系统的易用性，促进信息化建设的发展。
文档编号G06F11/14GK1896915SQ20061008303
公开日2007年1月17日 申请日期2006年5月29日 优先权日2005年7月13日
发明者姜广智, 胡青华, 阿孜古丽, 李响, 尹建, 袁继昕 申请人:北京软件与信息服务业促进中心