一种断电保护方法及计算设备与流程

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种断电保护方法及计算设备。

背景技术：

linux系统在正常使用过程，偶尔会遇到异常断电的情况，异常断电很容易导致linux系统无法正常启动，主要是由于异常断电导致文件系统损坏，从而无法正常引导启动系统。

对于一些工控系统或者军用设备上的linux系统来说，一般是通过上下电来控制系统的启动和关闭，而不采用正常的关机流程。例如，对于军用设备，系统关机是通过物理下电的方式进行，在高频繁操作的情况下，很容易对系统数据造成损坏而无法正常启动系统。

现有技术中的断电保护一般是通过扩展硬件实现的，linux系统通常是利用ups实现断电后的保护，均不能基于系统自身实现断电保护。

为此，需要一种断电保护方法，来确保异常断电后系统能正常启动，以解决上述技术方案中存在的问题。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种断电保护方法，以力图解决或者至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种断电保护方法，在计算设备中执行，包括步骤：基于临时根文件系统判断是否执行断电保护；如果确定执行断电保护，则构建一个堆叠文件系统，将磁盘分区挂载在堆叠文件系统的下层目录，将根文件系统挂载在堆叠文件系统的上层目录，以形成堆叠结构的目标文件系统；以及将所述目标文件系统挂载在内存文件系统，启动所述目标文件系统，以便引导操作系统启动。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，所述堆叠文件系统包括：一个或多个下层目录，适于以只读的方式挂载文件目录；上层目录，适于以可读写的方式挂载文件目录；合并层目录，适于将所述上层目录和下层目录中的文件目录进行合并后挂载。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，将所述目标文件系统挂载在内存文件系统包括：基于合并层目录和上层目录将所述根文件系统挂载到内存文件系统。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，判断是否执行断电保护的步骤包括：基于临时根文件系统判断是否接收到系统启动管理器传递的断电保护参数；如果接收到断电保护参数，则确定执行断电保护。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，还包括步骤：基于临时根文件系统判断是否重新挂载白名单目录；如果确定重新挂载白名单目录，则将白名单目录重新挂载到磁盘分区。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，判断是否重新挂载白名单目录的步骤包括：在读取到变量参数时，确定重新挂载白名单目录。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，在基于临时根文件系统判断是否执行断电保护之前，还包括步骤：将临时根文件系统加载到内存中，启动临时根文件系统。

可选地，在根据本发明的断电保护方法中，所述内存文件系统是基于内存的tmpfs文件系统；所述堆叠文件系统为overlayfs；所述临时根文件系统为initrd。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储有程序指令，其中，所述程序指令被配置为适于由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行如上所述的断电保护方法的指令。

根据本发明的一个方面，提供了一种存储有程序指令的可读存储介质，当所述程序指令被计算设备读取并执行时，使得所述计算设备执行如上所述方法。

根据本发明的技术方案，提供了一种断电保护方法，是基于堆叠文件系统overlayfs的挂载机制来根文件系统。通过将根文件系统所在的磁盘分区挂载在堆叠文件系统的下层目录，使得磁盘分区的权限为只读，而最终根文件系统是基于堆叠文件系统的上层目录挂载在内存，权限为可读写。这样，在异常断电时，对系统文件的修改均是对上层目录的根文件系统的修改，而下层目录不会发生修改和写入操作，从而，挂载到下层目录的磁盘分区也不会发生数据的修改和损坏，因异常断电所造成的对系统文件的修改并不会被保存到磁盘。因此，根据本发明的断电保护方法，能够保证系统每次启动时磁盘数据完全一致，确保异常断电后系统能够正常启动，并且每次启动后的状态完全一致。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的断电保护方法200的流程图；

图3示出了现有技术中的堆叠文件系统的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明一个实施例的目标文件系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的断电保护方案，利用堆叠文件系统的挂载方式将根文件系统挂载到基于内存的文件系统，能确保在异常断电后系统正常启动。

图1是示例计算设备100的示意框图。

如图1所示，在基本的配置102中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。

取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理，包括但不限于：微处理器(up)、微控制器(uc)、数字信息处理器(dsp)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114可以包括运算逻辑单元(alu)、浮点数单元(fpu)、数字信号处理核心(dsp核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控制器118可以与处理器104一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器118可以是处理器104的一个内部部分。

取决于期望的配置，系统存储器106可以是任意类型的存储器，包括但不限于：易失性存储器(诸如ram)、非易失性存储器(诸如rom、闪存等)或者它们的任何组合。系统存储器106可以包括操作系统120、一个或者多个应用122以及程序数据124。在一些实施方式中，应用122可以布置为在操作系统上由一个或多个处理器104利用程序数据124执行指令。

计算设备100还可以包括储存接口总线134。储存接口总线134实现了从储存设备132(例如，可移除储存器136和不可移除储存器138)经由总线/接口控制器130到基本配置102的通信。操作系统120、应用122以及数据124的至少一部分可以存储在可移除储存器136和/或不可移除储存器138上，并且在计算设备100上电或者要执行应用122时，经由储存接口总线134而加载到系统存储器106中，并由一个或者多个处理器104来执行。

计算设备100还可以包括有助于从各种接口设备(例如，输出设备142、外设接口144和通信设备146)到基本配置102经由总线/接口控制器130的通信的接口总线140。示例的输出设备142包括图形处理单元148和音频处理单元150。它们可以被配置为有助于经由一个或者多个a/v端口152与诸如显示器或者扬声器之类的各种外部设备进行通信。示例外设接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它们可以被配置为有助于经由一个或者多个i/o端口158和诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备)或者其他外设(例如打印机、扫描仪等)之类的外部设备进行通信。示例的通信设备146可以包括网络控制器160，其可以被布置为便于经由一个或者多个通信端口164与一个或者多个其他计算设备162通过网络通信链路的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可以体现为在诸如载波或者其他传输机制之类的调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块，并且可以包括任何信息递送介质。“调制数据信号”可以是这样的信号，它的数据集中的一个或者多个或者它的改变可以在信号中以编码信息的方式进行。作为非限制性的示例，通信介质可以包括诸如有线网络或者专线网络之类的有线介质，以及诸如声音、射频(rf)、微波、红外(ir)或者其它无线介质在内的各种无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备100可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机。当然，计算设备100也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备的一部分，这些电子设备可以是诸如蜂窝电话、数码照相机、个人数字助理(pda)、个人媒体播放器设备、无线网络浏览设备、个人头戴设备、应用专用设备、或者可以包括上面任何功能的混合设备。甚至可以被实现为服务器，如文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和web服务器等。本发明的实施例对此均不做限制。

在根据本发明的实施例中，计算设备100被配置为执行根据本发明的断电保护方法200。其中，计算设备100中包含执行根据本发明的断电保护方法200的多条程序指令，使得本发明的断电保护方法200可以在计算设备中执行。

图2示出了根据本发明一个实施例的断电保护方法200的流程图。应当指出，在本发明的具体实施例中，仅以linux操作系统为例来对本发明的断电保护方法进行详细说明，但本发明的断电保护策略并不限于linux操作系统。

如图2所示，方法200始于步骤s210。在执行步骤s210之前，先将临时根文件系统加载到内存中，启动临时根文件系统。这里，临时根文件系统例如是initrd。

需要说明的是，在现有技术中，在引导系统启动时，首先挂载initrd，基于initrd挂载根文件系统，随后挂载挂载磁盘分区以及设备节点等，最终从磁盘引导系统启动。这里，initrd是linux系统引导过程中在根文件系统可用之前挂载的一个临时根文件系统，用于加载根文件系统。initrd文件中包含了各种可执行程序和驱动程序，基于这些可执行程序和驱动程序可以挂载实际的根文件系统。根据现有技术的实施方式，initrd根据linux系统的/etc/fstab文件定义各个挂载节点，将挂载信息写入/etc/fstab文件中。系统开机时会主动读取/etc/fstab文件中的内容，根据文件里的配置信息挂载根文件系统所在的磁盘分区。

在本发明的技术方案中，预先通过临时根文件系统initrd检测断电保护参数，以便执行能够实现断电保护的挂载策略。在执行断电保护策略时，基于堆叠文件系统的挂载机制将根文件系统挂载到基于内存的文件系统。本发明的具体技术方案将在下文中陈述，下文是对方法200中各个步骤的具体描述。

如图2所示，在步骤s210中，基于临时根文件系统initrd来判断是否执行断电保护。

根据本发明的一个实施例，临时根文件系统通过判断是否接收到系统启动管理器传递的断电保护参数，来确定是否执行断电保护。如果临时根文件系统接收到系统启动管理器传递的断电保护参数，则确定执行断电保护的方法。

需要说明的是，在本发明的实施例中，利用启动管理器来引导linux操作系统的启动。这里，启动管理器可以实现为grub(grandunifiedbootloader，多重操作系统启动管理器)，但本发明不限于此。

另外，在引导操作系统启动过程中，通过启动管理器(grub)向临时根文件系统(initrd)传递断电保护参数，如果启动管理器传递了断电保护参数，临时根文件系统接收到了该断电保护参数，便确定执行断电保护方法。在一种实施方式中，断电保护参数可以实现为“enable-root-ro”，也就是说，当临时根文件系统接收到启动管理器传递的参数“enable-root-ro”后，通过对参数进行解析可以确定要执行断电保护方法。

应当指出，本发明对断电保护参数的具体设置不做限制，其可以由本领域技术人员根据实际情况自行配置，只要通过对断电保护参数进行解析能够确定要执行断电保护方法即可。

如果在步骤s210中临时根文件系统initrd确定执行断电保护，则执行下述步骤s220～s230。

在步骤s220中，构建一个包括下层目录、上层目录、合并层目录的堆叠文件系统，将根文件系统所在的磁盘分区挂载在堆叠文件系统的下层目录，将根文件系统中的所有文件目录挂载在堆叠文件系统的上层目录，以形成堆叠结构的目标文件系统。应当理解，磁盘分区是指根文件系统中的数据所存放的位置。这样，本发明是基于堆叠文件系统的挂载机制来挂载根文件系统。

最后，在步骤s230中，将上述形成的堆叠结构的目标文件系统挂载在内存文件系统，随后，引导启动目标文件系统，以便基于根文件系统中的目录文件来引导linux操作系统启动。

应当指出，基于本发明的方法200，在引导系统启动过程中能实现对系统的断电保护，确保异常断电后系统能够正常启动，并且保证系统每次启动时磁盘数据完全一致。

需要说明的是，堆叠文件系统例如是overlayfs，是一种面向linux的文件系统服务，基于overlayfs能实现面向其他文件系统的联合挂载，overlayfs依赖并建立在其他文件系统之上。

图3示出了现有技术中的堆叠文件系统的结构示意图。如图3所示，堆叠文件系统overlayfs包括一个或多个下层目录(lowerdir)、上层目录(upperdir)、合并层目录(merge)。其中，下层目录适于以只读的方式挂载文件目录，上层目录适于以可读写的方式挂载文件目录。合并层目录适于将上层目录和下层目录中的文件目录进行合并后挂载到挂载点，以实现堆叠文件系统的挂载。这里，基于overlayfs机制，最终向用户呈现的堆叠文件系统是合并层目录，也就是说，用户所看到的堆叠文件系统的根目录下的内容是挂载时所指定的文件目录的合集。其中，overlayfs的挂载命令可以实现为：

mount-toverlay-olowerdir＝${root_ro},upperdir＝${root_rw}/rw,workdir＝$(root_rw)/workoverlay-root${rootmnt}.

在以上命令中，lowerdir表示多个不同的下层目录，多个不同的下层目录利用“:”分隔。upperdir表示上层目录。workdir表示文件系统挂载后用于存放临时文件和间接文件的工作基目录。命令结尾的rootmnt表示最终的挂载点目录。

根据本发明的实施例，是基于overlayfs的挂载机制实现面向根文件系统的挂载。具体而言，通过构建一个包括下层目录、上层目录、合并层目录的堆叠文件系统，将根文件系统所在的磁盘分区挂载到下层目录，并将根文件系统挂载到上层目录，从而形成一个堆叠结构的目标文件系统。目标文件系统是基于合并层目录挂载到内存文件系统。基于下层目录的只读模式，使得下层目录的磁盘分区的权限为只读。基于上层目录的可读写模式，使得上层目录的根文件系统的权限为可读写。

图4示出了根据本发明一个实施例的目标文件系统的结构示意图。

可以理解，如图4所示，在本发明的目标文件系统中，上层目录upperdir挂载的根文件系统中的文件目录、与下层目录lowerdir挂载的磁盘分区所存放的文件数据是相互对应的、一致的。基于overlayfs挂载机制，在将堆叠结构的目标文件系统挂载到内存文件系统时，实际上是将上层目录基于合并层目录merge挂载到内存文件系统。也就是说，根据本发明的目标文件系统，根文件系统中的文件目录经由上层目录、合并层目录挂载到了内存文件系统。应当理解，对于overlayfs，系统运行时实际使用的是合并层目录，而根据本发明的实施例，合并层目录实际上挂载的是上层目录的根文件系统，由此可见，本发明在系统运行时实际使用的是上层目录的根文件系统。

根据本发明的一个实施例，将目标文件系统挂载到内存文件系统，实际上是挂载到基于内存的文件系统，例如tmpfs文件系统。换言之，内存文件系统可以实现为基于内存的tmpfs文件系统。需要说明的是，tmpfs是/dev/shm目录的映射，换言之，tmpfs挂载在/dev下的shm目录。由于/dev/shm目录在内存里，因此读写速度非常快，可以提供较高的访问速度。并且，基于tmpfs文件系统继承虚拟内存的易失性，使得系统的运行数据和状态不会被写入磁盘。

根据本发明一种实施方式，在执行断电保护方法时，其中基于overlayfs的挂载机制来挂载根文件系统的具体执行方法如下：

将根文件系统所在的磁盘分区/dev/nvme0n1p4挂载在/mnt/root-ro目录下,/mnt/root-ro目录对应的是overlayfs的下层目录lowerdir。也就是说，本发明是将磁盘分区挂载到了overlayfs的下层目录，基于lowerdir的只读模式，使得磁盘分区的权限为只读。另外，将根文件系统挂载在/mnt/root-rw目录下，/mnt/root-rw目录对应的是overlayfs的上层目录upperdir，并且，将/mnt/root-rw目录挂载在基于内存的tmpfs文件系统(tmpfs挂载在内存的shm目录)。这样，本发明的根文件系统依赖overlayfs运行，且根文件系统经由上层目录upperdir挂载到内存，基于upperdir的可读写模式，使得根文件系统的权限为可读写。

基于此，本发明在系统运行时实际使用的是上层目录的根文件系统，系统运行时的交互数据只会在内存中读写，只会修改上层目录的根文件系统的数据，不会对挂载在下层目录的磁盘分区进行修改和写入。这样，在异常断电时，对系统文件的修改均是对上层目录的修改，而挂载到下层目录的磁盘分区不会发生数据的修改和损坏，因异常断电所造成的对系统文件的修改并不会被保存到磁盘。这样，能够保证系统每次启动时磁盘数据完全一致，确保异常断电后系统能够正常启动，并且每次启动后的状态完全一致。

另外，根据本发明的一个实施例，在挂载完成之后，还可以基于临时根文件系统initrd来判断是否需要重新挂载白名单目录，也即是判断在挂载后的根文件系统中是否包括需要重新挂载的白名单目录。这里，白名单目录文件例如包括用户在实际使用过程中的日志文件、或者需要保存的数据文件等。如果包括需要重新挂载的白名单目录，则确定重新挂载白名单目录，如果确定重新挂载白名单目录，则将白名单目录重新挂载在相应的磁盘分区。

具体地，通过预先配置重新挂载机制对应的变量参数，临时根文件系统initrd在读取到变量参数时，确定重新挂载白名单目录。随后，将白名单目录重新挂载在相应的磁盘分区上，以使该白名单目录中的文件保存在磁盘上，从而实现了对于日志文件、需要保存的数据文件的白名单功能。

综上，根据本发明的断电保护方法，基于堆叠文件系统overlayfs的挂载机制来挂载根文件系统。通过将根文件系统所在的磁盘分区挂载在堆叠文件系统的下层目录，使得磁盘分区的权限为只读，而最终根文件系统是基于堆叠文件系统的上层目录挂载在内存，权限为可读写。这样，在异常断电时，对系统文件的修改均是对上层目录的根文件系统的修改，而下层目录不会发生修改和写入操作，从而，挂载到下层目录的磁盘分区也不会发生数据的修改和损坏，因异常断电所造成的对系统文件的修改并不会被保存到磁盘。因此，根据本发明的断电保护方法，能够保证系统每次启动时磁盘数据完全一致，确保异常断电后系统能够正常启动，并且每次启动后的状态完全一致。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如可移动硬盘、u盘、软盘、cd-rom或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的多语言垃圾文本的识别方法。

以示例而非限制的方式，可读介质包括可读存储介质和通信介质。可读存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在可读介质的范围之内。

在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。