一种操作系统网络安装的方法

专利名称：一种操作系统网络安装的方法
技术领域：
本发明涉及网络通信领域，具体而言，本发明涉及一种操作系统网络安装的方法。
背景技术：
随着移动互联网的到来，智能移动终端设备将成为主要的网络接入媒介，如手机， MID，嵌入式设备等。凭借其功能优势和便携特点，手机将拥有广阔的应用前景，功能特色日 渐丰富。操作系统在手机中地位越来越重要，用户对手机操作系统的自动化智能管理也提 出了新的需求。功能手机(Feature Phone)的操作系统一旦安装之后就不能修改，也无法 安装第三方应用，功能简单，在移动互联网时代将逐渐淡出。本发明主要面向可以更换操作 系统和安装独立应用程序的智能手机(Smart Phone)。虽然智能手机支持操作系统的更换，但目前的技术方案中操作系统和硬件捆绑紧 密，安装更新手机操作系统非常困难，操作过程复杂，需要用户有一定的操作经验和操作技 能，普通手机用户稍有不慎就可能失败。同时，用户对智能手机操作系统的自动安装更新有 很强的需求。首先，特定应用需求。不同智能手机操作系统平台的差异，使得应用软件集合差别 很大，如iPhone中的相片浏览程序拥有友好的用户操作界面，Windows Mobile包含Off ice Mobile等。用户希望在同一款手机上使用不同的应用，但囿于操作系统的限制而无法实现。 智能手机也正在成为新的移动娱乐平台，面向各种智能系统的游戏软件非常丰富，而不同 系统支持的游戏也大不相同，因此为用户提供一种便利的使用不同操作系统软件的方法有 很大的需求。其次，操作系统更新。为了不断提高用户体验，智能手机操作系统也在不断地更新 版本。不同于PC机，普通手机用户不能胜任手机操作系统的安装。这样就不得不放弃新 版本操作系统带来的好处，如软件缺陷的修复(尤其是安全相关的问题)，用户应用的支持等。最后，系统故障修复。智能手机与普通手机的关键不同在于可以安装第三方程序。 一方面，这些应用扩展了手机的用户体验，带来了丰富的应用。另一方面，这些应用中的软 件缺陷很可能导致手机操作系统出现问题(如频繁死机，响应时间过长等)。即使是专业手 机开发人员也必须借助开发板等专用工具才能分析此类问题，而普通用户则几乎不可能解 决。另外，如果系统感染病毒或被入侵，最有效的办法也是将系统恢复至健康的状态。一般 来说，如果手机操作系统出现异常，重新安装操作系统是一种快速有效的方法。综上所述，为用户提供自动的操作系统安装是移动设备一项重要的功能。随着无 线网络的广泛部署和3G规范的流行，这些高速网络接入方式给移动设备操作系统网络化 自动安装提供了保证。目前绝大多数手机都不支持操作系统的自动安装，用户必须手动下载系统镜像， 手动安装，不同手机终端的操作方法也各不相同，对用户有较高的要求。因此，大量手机用 户在需要重装系统的时候不得不放弃，继续使用原有的用户体验和性能很差的系统。部分嵌入式设备可以实现操作系统的自动更新，其基本方法是扩展引导程序(boot loader)，支持网络自动下载和系统镜像的自动安装。很多通用嵌入式设备引导程序(如U-Boot)为 了方便开发过程中的文件传输，只提供了简单的网络支持，一般只能在有线局域网中使用 TFTP协议。这种通过扩展引导程序支持操作系统的网络下载安装的方法多用在定制的嵌入 式设备中，或嵌入式设备的开发过程中，不适用于发布的手机终端产品，其原因在于(1)实现复杂。引导程序直接与硬件交互，一般只完成硬件的初始化工作，以汇编 代码为主，且缺乏友好的二次开发平台，要在引导程序中支持手机网络(WiFi，GPRS，3G，LTE 等)，实现不同网络的驱动程序和必要的网络协议栈难度非常大。此外，还要实现一些辅助 工具，如网络配置工具，文件下载，文件解压缩工具，文件系统模块等。这些工具或模块大多 被设计为在独立的操作系统中工作，会使用其他库，将这些工具移植到引导程序中难度和 工作量都非常大。(2)硬件绑定。引导程序与硬件直接交互，需要针对不同的硬件平台定制实现，即 使是相同的网络也会因为手机硬件的不同需要重新实现。实际上很多工具和模块与底层硬 件并无必然关联，但若将其在引导程序中实现则不得不根据硬件平台进行移植。如果要扩 展新功能，难度会更大。(3)引导程序规模膨胀。原理上讲，引导程序只负责硬件的初始化和操作系统的载 入，工作量少，程序规模也很小，可以快速加载至内存中执行。如果将网络驱动，网络协议以 及辅助工具都纳入其中，其规模必然膨胀，加载慢，甚至可能会超过内存容量而无法执行。因此，有必要提出一种技术方案，能够实现移动通信设备操作系统的网络安装，实 现操作系统网络化自动安装。

发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是在不改变引导程序功能的 前提下实现移动设备的操作系统网络化自动安装，分离底层硬件和网络服务之间的耦合关 系，降低移植和开发的难度，提高在不同手机终端的移植性。为了达到上述目的，本发明的实施例提出了一种操作系统网络安装的方法，其特 征在于，包括以下步骤移动终端设备引导程序启动元操作系统，进入系统管理模式；在所述系统管理模式下，所述移动终端设备建立网络连接，并从网络下载相应的 系统镜像文件；所述移动终端设备解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完成系统安装。其中，所述移动终端设备包括以下功能模块网络配置模块，用于检测可用网络，并根据网络类型进行配置，建立网络传输通 道；数据服务模块，用于负责从网络服务器下载系统镜像，并验证系统镜像的完整 性；系统服务模块，用于提供网络驱动及文件系统支持服务，并向所述网络配置模块 和所述数据服务模块提供服务。
其中，所述移动终端设备建立网络连接包括以下步骤所述移动终端设备中的网络配置模块将自动检测当前可用网络，并以列表的形式 展现给用户；所述用户选择欲使用的网络并进行提供相应的配置信息；所述移动终端设备与相应的网络建立通信连接。其中，从网络下载相应的系统镜像文件包括以下步骤 所述移动终端设备向服务器发出下载操作系统请求，所述服务器返回可用的实例 操作系统镜像列表；所述用户选择需要下载的系统镜像；所述移动终端设备下载系统镜像文件并验证系统镜像文件的完整性。其中，所述移动终端设备还包括性能监控模块，所述性能监控模块监控设备电池 剩余电量和网络状况，提示用户在低电量或者网络连接较差的情况下放弃操作系统的网络 安装。其中，所述元操作系统为根据所述移动终端设备的硬件平台定制的精简操作系 统。其中，所述元操作系统包括根据所述移动终端设备定制的Linux操作系统。其中，所述移动终端设备包括手机、个人数字助理PDA或上网本。本发明提出的上述方案，在不改变引导程序功能的前提下实现移动设备的操作系 统网络化自动安装，分离底层硬件和网络服务之间的耦合关系，降低移植和开发的难度，提 高在不同手机终端的移植性，实现简单。具体而言，本发明提出的技术方案具有以下一个或 多个优点本方法中的引导程序为普通引导程序，无任何附加功能，例如元操作系统为高度 定制的精简的Linux操作系统，向目标平台移植成功后，所有网络支持以及辅助工具都可 以直接使用Linux平台下已经非常成熟的工具，实现简单；与硬件松耦合，介于引导程序和 实例操作系统之间的元操作系统将网络协议，辅助工具的实现与底层硬件相分离，可以基 于普通的Linux平台开发，调试移植与硬件松耦合，移植性好；扩展性好，元操作系统提供 了实例操作系统管理的平台，可以方便地实现新的功能，如支持新的网络协议，对实例操作 系统进行完整性检查，备份用户数据等。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。


本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图1为本发明实施例操作系统网络安装的方法流程图；图2为本发明实施例元操作系统、实例操作系统、引导程序以及硬件之间关系；图3为本发明实施例元操作系统各模块间的关系；图4为本发明实施例操作系统网络化自动安装流程；图5为本发明实施例引导程序、元操作系统和实例操作系统的存储方式。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了实现本发明之目的，本发明主要针对移动设备中操作系统的管理，提出了两 阶段启动方法，实现了操作系统的网络化自动安装第一阶段，引导程序首先启动内置的高 度定制的元操作系统(MetaOS)，元操作系统完成网络连接，系统镜像下载、验证以及安装等 任务；第二阶段启动用户使用的操作系统，称为实例操作系统(I0S，Instance OS)。如图1所示，为本发明实施例操作系统网络安装的方法流程图，包括以下步骤SllO 引导程序启动元操作系统，进入系统管理模式。在步骤SllO中，移动终端设备引导程序启动元操作系统，进入系统管理模式。具体而言，移动终端设备包括以下功能模块网络配置模块，用于检测可用网络，并根据网络类型进行配置，建立网络传输通 道；数据服务模块，用于负责从网络服务器下载系统镜像，并验证系统镜像的完整 性；系统服务模块，用于提供网络驱动及文件系统支持服务，并向所述网络配置模块 和所述数据服务模块提供服务。此外移动终端设备还包括性能监控模块，性能监控模块监控设备电池剩余电量和 网络状况，提示用户在低电量或者网络连接较差的情况下放弃操作系统的网络安装。S120 建立网络连接，并从网络下载相应的系统镜像文件。在步骤S120中，在系统管理模式下，移动终端设备建立网络连接，并从网络下载 相应的系统镜像文件。具体而言，移动终端设备建立网络连接包括以下步骤移动终端设备中的网络配置模块将自动检测当前可用网络，并以列表的形式展现 给用户；用户选择欲使用的网络并进行提供相应的配置信息；移动终端设备与相应的网络建立通信连接。从网络下载相应的系统镜像文件包括以下步骤移动终端设备向服务器发出下载操作系统请求，服务器返回可用的实例操作系统 镜像列表；用户选择需要下载的系统镜像；移动终端设备下载系统镜像文件并验证系统镜像文件的完整性。S130 解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完成系统安装。在步骤S130中，移动终端设备解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完 成系统安装。其中，元操作系统为根据移动终端设备的硬件平台定制的精简操作系统。例如，元操作系统包括根据移动终端设备定制的Linux操作系统。在上述实施例中，移动终端设备包括手机、个人数字助理PDA或上网本。
下面移动终端设备以手机为例、元操作系统以Linux操作系统为例对本发明作进一步阐述，显然，本发明不限于应用于手机和元操作系统不仅仅包含Linux操作系统。本发明所述方法在手机客户端主要由引导程序，元操作系统，和实例操作系统组 成，三者之间的以及与硬件之间的关系如图2所示。引导程序与普通手机中的引导程序相 同，直接工作在硬件上，负责手机各部件的初始化，加载操作系统内核，并启动。本发明中引 导程序可以直接启动元操作系统也可以直接启动实例操作系统，通过启动按键的不同组合 可以启动不同的操作系统。默认情况下，引导程序直接启动实例操作系统，这与普通手机的 开机过程相同。如果用户要更新或者安装操作系统，则进入元操作系统，进行相应操作，然 后重新启动，则进入新的实例操作系统。也就是说，元操作系统完成实例操作系统的下载 和安装后即退出，不会与实例操作系统同时运行。元操作系统是针对手机终端硬件移植定 制的Linux系统，而实例操作系统则为任何可在此手机中运行的系统，如WindowsMobile， Android等，与元操作系统无关。由此可见，手机终端操作系统网络化的自动安装主要由元操作系统完成，元操作 系统各模块之间的关系如图3所示，其功能模块如下系统服务模块包括网络驱动，文件系统支持，向所有其他模块提供服务；网络配 置模块检测可用网络，并根据网络类型进行配置，建立网络传输通道；数据服务模块负 责从网络服务器下载系统镜像，并验证系统镜像的完整性；系统安装模块解压缩系统镜 像，并将其安装到目标分区；性能监控模块监控设备电池剩余电量和网络状况，提示用户 在低电量或者网络连接较差的情况下放弃操作系统的网络安装。作为本发明对实施例，操作系统的网络化自动安装流程如图4所示，操作系统网 络化自动安装依次有以下步骤1、启动a)如果用户按下开机键，引导程序直接启动实例操作系统，不会进入系统管理模 式，操作结束。b)如果用户按下特殊的开机键组合，引导程序将启动元操作系统，进入系统管理 模式。2、网络配置a)网络配置模块将自动检测当前可用网络，并以列表的形式展现给用户；b)用户选择欲使用的网络并进行提供相应的配置信息，例如WiFi密码；c)建立网络连接；3、性能监控a)如果用户电量较少或者网络连接情况较差，则提示用户放弃此次操作，否则继续。4、下载镜像a)向服务器发出请求，服务器返回可用的实例操作系统镜像列表；b)用户选择希望下载的系统镜像；c)下载镜像并验证镜像的完整性；5、安装镜像a)解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完成安装功能。
6、重启系统进入新的实例操作系统本发明所述方法可以在普通手机硬件架构上实现，设计的技术问题包括引导程 序，元操作系统，实例操作系统以及系统镜像的存储方式组织，元操作系统各模块的实现方 式。存储方式包括
图5为2种引导程序，元操作系统和实例操作系统存储方式。其中FLASH即常见 手机内置存储器，一般为NAND存储芯片；NOR也是一种常见的内置存储器，与NAND相比，容 量较小，写速度较慢，但读取速度快，且支持片内执行(eXecute In Place,XIP) ；microSD为 手机中常用的外置存储卡。图5(a)所示的结构中手机只配有一块内置存储器，引导程序， 元操作系统和实例操作系统处在同一存储器的不同分区，图5(b)所示的手机中分别配有 一块NOR存储器，一块NAND存储器，可以将引导程序和元操作系统植入读取速度较快的NOR 中，而实例操作系统独占NAND存储器。第二种结构不仅启动速度快，而且可以对NOR存储 器进行特别保护(甚至置为只读)，防止用户修改或者恶意程序的篡改，保证元操作系统的 安全性，从而保证了实例操作系统下载，安装的安全性。元操作系统的定制包括元操作系统是根据目标手机平台定制的高度精简的Linux系统，主要的工作集中 在Linux系统的移植和精简。首先，Linux系统向嵌入式设备的移植已经有比较成熟的技 术和方法，本发明直接使用现有技术完成移植；其次，根据目标手机硬件进行定制，只保留 必要的硬件驱动和工具软件，将元操作系统精简至最小，并采用initramfs方式将元操作 系统的内核和根文件系统组织在一起，在存储中只占用一个分区。系统服务，网络配置，数 据服务，系统安装以及性能监控模块只需要在目标手机平台的交叉开发环境中编译即可， 与普通Linux程序的开发过程相同，最终都包含在initramfs中。元操作系统模块实现包括系统服务模块包括内核，网络驱动，文件系统支持，向所有其他模块提供服务。针 对目标手机平台的硬件配置进行网络驱动的开发与普通Linux驱动程序的开发过程相同， 已经有比较成熟的方法和技术；常见的文件系统大都可以在Linux源码中找到，根据需要 编译即可。系统服务模块的关键是Linux系统的移植。网络配置模块检测可用网络，并根据网络类型进行配置，建立网络传输通道。禾Ij 用Linux系统的无线网络相关工具(iwlist，iwconfig等)可以检测WiFi网络，利用wpa_ supplicant可以完成WiFi认证，建立网络连接。对于GPRS和3G网络，一旦Linux驱动加 载成功，网络设备添加后，即可自动连接网络。性能监控模块监控设备电池剩余电量和网络状况，提示用户在低电量或者网络 连接较差的情况下放弃操作系统的下载和安装。通过系统的电源管理模块可以获取当前电 池电量以及是否正在充电，网络带宽延迟可以通过与服务器的测试性交互获得。数据服务模块负责从网络服务器下载系统镜像，并验证系统镜像的完整性。采用 通用的HTTP协议与服务器交互。系统镜像下载之前首先判断本地存储是否有足够的空间 存储新的系统镜像，按照先外部存储后内置存储器的顺序进行检查并下载，完成之后进行 MD5校验，保证镜像的完整性。系统安装模块解压缩系统镜像，并将其安装到目标分区。不同手机操作系统对系统数据和用户数据的组织方式不同，为了保证用户数据的安全性，用户在更新操作系统之 前应首先备份用户数据。新的系统镜像解压后将直接覆盖旧的系统文件，重启之后再回复 用户数据。关于用户数据的自动备份和恢复我们另有专利介绍。服务器端实现包括 服务器提供手机终端网络访问服务以及系统镜像的存储。网络访问服务可以采用 通用的HTTP服务，保证对不同终端的兼容性和移植性。系统镜像的存储除了存储系统镜像 本身，还需要记录系统镜像的校验码(采用MD5摘要作为校验码)以及镜像之间的先后顺 序，让用户可以方便地判断镜像的版本和新旧。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中， 该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模 块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如 果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机 可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种操作系统网络安装的方法，其特征在于，包括以下步骤移动终端设备引导程序启动元操作系统，进入系统管理模式；在所述系统管理模式下，所述移动终端设备建立网络连接，并从网络下载相应的系统镜像文件；所述移动终端设备解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完成系统安装。
2.如权利要求1所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述移动终端设备包 括以下功能模块网络配置模块，用于检测可用网络，并根据网络类型进行配置，建立网络传输通道；数据服务模块，用于负责从网络服务器下载系统镜像，并验证系统镜像的完整性；系统服务模块，用于提供网络驱动及文件系统支持服务，并向所述网络配置模块和所 述数据服务模块提供服务。
3.如权利要求2所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述移动终端设备建 立网络连接包括以下步骤所述移动终端设备中的网络配置模块将自动检测当前可用网络，并以列表的形式展现 给用户；所述用户选择欲使用的网络并进行提供相应的配置信息；所述移动终端设备与相应的网络建立通信连接。
4.如权利要求3所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，从网络下载相应的系 统镜像文件包括以下步骤所述移动终端设备向服务器发出下载操作系统请求，所述服务器返回可用的实例操作 系统镜像列表；所述用户选择需要下载的系统镜像；所述移动终端设备下载系统镜像文件并验证系统镜像文件的完整性。
5.如权利要求4所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述移动终端设备还 包括性能监控模块，所述性能监控模块监控设备电池剩余电量和网络状况，提示用户在低 电量或者网络连接较差的情况下放弃操作系统的网络安装。
6.如权利要求5所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述元操作系统为根 据所述移动终端设备的硬件平台定制的精简操作系统。
7.如权利要求6所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述元操作系统包括 根据所述移动终端设备定制的Linux操作系统。
8.如权利要求1至7任意之一所述的操作系统网络安装的方法，其特征在于，所述移动 终端设备包括手机、个人数字助理PDA或上网本。
全文摘要
本发明的实施例提出了一种操作系统网络安装的方法，包括以下步骤移动终端设备引导程序启动元操作系统，进入系统管理模式；在所述系统管理模式下，所述移动终端设备建立网络连接，并从网络下载相应的系统镜像文件；所述移动终端设备解压缩系统镜像文件，并将其写入相应的分区，完成系统安装。本发明提出的上述方案，在不改变引导程序功能的前提下实现移动设备的操作系统网络化自动安装，分离底层硬件和网络服务之间的耦合关系，降低移植和开发的难度，提高在不同手机终端的移植性，实现简单。
文档编号H04L29/08GK101866295SQ20101021228
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者周悦芝, 张尧学, 薛瑞尼, 郑纬民, 陈文光, 韩文弢 申请人:清华大学