一种磁盘数据的实时备份方法
天津市旅游景点(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110299081.X
(22)申请日 2021.03.20
(71)申请人 崔振利
地址 102200 北京市昌平区北环路24号楼
(72)发明人 崔振利　
(51)Int.Cl.
G06F  11/14(2006.01)
(54)发明名称大连休闲
一种磁盘数据的实时备份方法
(57)摘要
一种磁盘数据的实时备份方法，在计算机现
有操作系统基础上，增加硬盘并安装内核监控程
序，重启操作系统，然后执行一遍全盘备份，全盘
备份按扇区号读取原盘数据并写入备份盘对应
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扇区。内核监控程序监控到系统向原盘某扇区写
数据时，监控程序会提取存盘数据并将数据放入
缓存队列，内核处理线程得到CPU时间片时，从缓
存队列读取存盘数据并写到备份盘对应扇区，从
而使备份盘内容与原盘保持一致。该发明方法，
数据同时保存在两块硬盘上，即使一块硬盘物理
损坏，女儿对妈妈的爱短语
也不会影响计算机数据安全。权利要求书1页  说明书3页  附图3页CN 115114081 A 2022.09.27
抖音网名女霸气2021C N  115114081
A
1.一种磁盘数据的实时备份方法，其特征是：在普通计算机现有操作系统基础上，增加备份盘并安装
内核监控程序即可实现双盘实时热备。本发明方法，不改变原盘格式，不破坏原盘数据，对数据写入速率影响小。
权　利　要　求　书1/1页CN 115114081 A
一种磁盘数据的实时备份方法
技术领域
[0001]本发明属于数据安全技术领域，可对磁盘数据进行实时备份保护。
背景技术
[0002]机械硬盘的寿命如果按小时计算是4万小时左右，按读写次数来说是10万次以上。正常使用的话，一般硬盘寿命大约是10年左右，如果硬盘一直24小时持续工作，如监控系统使用的硬盘，可能也就3年左右就废掉了。固态硬盘理论上寿命短于机械硬盘。因为硬盘会坏，保存在其中的数据就不是绝对安全的，为加强数据安全，常用的方式是数据备份。将硬盘中数据拷贝到其它地方，如U盘、移动硬盘，或者刻录到光盘中，这种备份比较麻烦，一旦硬盘损坏，往往会有重要数据丢失。为加强数据安全，人们发明了磁盘阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)，有“独立磁盘构成的具有冗余能力的阵列”之意。磁盘阵列作为独立系统在主机外直连或通过网络与主机相连。磁盘阵列其
样式有三种，一是外接式磁盘阵列柜、二是内接式磁盘阵列卡，三是利用软件来仿真。利用软件仿真的方式，是指通过网络操作系统自身提供的磁盘管理功能将连接的普通SCSI卡上的多块硬盘配置成逻辑盘，组成阵列。Windows下磁盘阵列软件仿真需要先对磁盘进行设置，需要将磁盘设置为动态磁盘。我们通常使用的是基本磁盘，可划分C盘D盘等分区，将基本磁盘转换到动态磁盘，磁盘数据不会丢失，动态磁盘中，不再使用分区，而是用卷，多个物理硬盘可组成一个卷，但如果想将动态磁盘转换到基本磁盘，需要重新划分分区，磁盘数据会丢失。随着网络技术发展，又有了云备份技术，可将硬盘中数据通过网络备份到云服务器中，云备份一般不能做到实时备份，通常使用快照技术，备份时间间隔一般1天或数小时。操作系统内核程序能够监控到磁盘读写数据，能够复制磁盘数据形成数据快照，数据快照是某个数据集在某一特定时刻的镜像，也称为即时拷贝。在数据快照基础上，实时备份写盘数据，则可达到磁盘数据的实时热备份。
发明内容
[0003]本发明提出了一种磁盘数据的实时备份方法。第一步，在普通的计算机中增加一块硬盘作为备份盘，备份盘容量不能小于需备份硬盘容量。第二步，安装内核监控程序，然后重启计算机。第三步，执行一次全盘备份，全盘备份会按扇区号读取原盘数据并写到备份盘对应扇区。之后内核监控程序发现原盘扇区写数据时，会自动提取数据并将数据写入备份盘对应扇区。
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[0004]本发明解决其技术问题所依据的原理是：内核程序监控到硬盘写数据时，首先判断是否为原盘，如不是则直接调用底层驱动完成写操作，如是则提取存盘数据，将存盘数据、数据长度、扇区号等放入缓存队列并发消息通知数据处理线程，然后调用底层驱动完成写操作。数据处理线程查询等待数据写盘消息，当收到消息后，从缓存队列取出数据，根据数据长度、扇区号等信息将数据写入备份盘对应扇区。
[0005]本发明的有益效果是，计算机中的数据同时保存在两块硬盘中，即使一块硬盘物
理损坏，也不会造成计算机中数据丢失。本发明不改变原盘格式，特别是不破坏原盘数据。本发明只需增加一块硬盘，目前硬盘价格较低，增加硬盘不会增加太大成本。在计算机只有一块硬盘情况下，硬盘损坏除了硬盘本身价值损失外，更大的损失是丢失了保存在硬盘中的数据。人们比较重视服务器数据安全，常采取RAID或云备份等手段来提高服务器数据安全。本发明可更多用来保护普通计算机数据安全。
[0006]本发明对操作系统数据写盘速率影响小，内核监控程序采用异步方式实现数据备份。原来数据只需写入一块硬盘，现在数据需要写入两块硬盘，但花费时间却不是两倍。内核监控程序建立内核数据处理线程，当内核程序监控到有原盘写扇区数据时，先将数据放入缓存队列并发消息给数据处理线程，然后马上完成原盘扇区数据写入。数据处理线程在获得CPU 时间片时，读取缓存队列，取出缓存
中数据并写入备份盘对应扇区。采用异步处理方式，对系统数据写盘速率影响小。在一台电脑进行测试，操作系统类型：64位Win10，硬盘类型：联想X800固态硬盘，大小：250G，测试文件大小：10G。从一个分区复制到另一分区，用时18秒。增加备份盘并安装D2D双盘热备，备份盘类型：三星固态硬盘，大小：250G，测试文件大小： 10G。从一个分区复制到另一分区，用时24秒。原写盘速率为556兆/秒(10000/18)，增加备份盘后，写盘速率为417兆/秒(10000/24)，速率是原来的75％(417/556)。增加备份盘后，普通的文件操作，用户不会有感觉。
[0007]本发明与现有技术相比具有如下技术效果：
(1)本发明可应用于普通计算机，不改变原盘格式，不破坏原盘数据，安装卸载方便。
(2)本发明能够提高计算机数据安全，采用双盘实时热备，即使一块硬盘物理损坏也不影响计算机数据安全。
(3)本发明采用异步方式备份扇区数据，对系统写盘速率影响小。
附图说明
[0008]下面结合流程图和基于本发明研制的“D2D双盘热备”对本发明进一步说明。[0009]图1是内核程序监控磁盘写数据流程图。
[0010]图2是内核数据处理线程工作流程图。
[0011]图3是“D2D双盘热备”的主界面（双盘热备程序主界面）。
[0012]图4是“D2D双盘热备”的全盘备份界面（双盘热备全盘备份界面）。
[0013]图5是“D2D双盘热备”的磁盘管理界面（双盘热备磁盘管理界面）。
[0014]图6是“D2D双盘热备”的警告界面（备份盘损坏警告界面）。
具体实施方式
[0015]在图1中，当内核程序监控到磁盘写扇区数据时，判断是否为原盘写数据，如果不是则直接提交磁盘驱动完成数据写入，如果是则提取存盘数据，将存盘数据、数据长度和扇区号一起保存到缓存队列尾部，发消息给数据处理线程，然后提交磁盘驱动完成数据写入。[0016]在图2中，数据处理线程等待监控发送过来的消息，一旦收到消息，依次从缓存队列头部提取存盘数据，根据扇区号将数据写入备份盘对应扇区，缓存处理完毕后继续等待。[0017]在图3中，列表窗显示了计算机中硬盘的大小、分区格式、磁盘型号等信息。如果没
有备份盘或备份盘容量小于原盘，点“安装”按钮会弹出提示窗口，不会安装内核监控程序到计算机。
如果计算机只有两块硬盘，软件会把当前操作系统启动盘的盘号作为原盘号，如果计算机有两块以上硬盘，可由用户指定原盘号和备份盘号。安装完成后，原盘号、备份盘号由软件自动识别，用户不能改变。安装后，需重启操作系统以加载内核监控程序，然后点“备份”按钮，按扇区号把原盘数据拷贝到备份盘。如果磁盘容量大，备份时间可能比较长，用户不用立即备份，可在中午吃饭时间或下班后进行。为防止新增硬盘后出现新的盘符干扰用户，全盘备份自动将备份盘分区表清空，使备份盘隐藏不出现，在计算机管理的磁盘管理中查看备份盘，会显示磁盘未分配。由于备份盘和原盘内容相同，也可由备份盘引导操作系统，可通过“磁盘管理”按钮实现。
[0018]在图4中，是正在进行全盘备份界面，显示了磁盘大小、已备份大小、备份开始时间、已备份时间和大概还需要多长时间等信息，点“停止”按钮将停止备份。演示系统的两块硬盘均为固态硬盘，读写速度快，机械硬盘速度要慢好多。
[0019]在图5中，选择“隐藏原盘，显示备份盘”，重启计算机，将由备份盘引导操作系统。有的计算机需要在BIOS中指定哪块硬盘为引导盘，新的计算机，会检查第一块硬盘是否能引导，不能引导则直接用第二块硬盘引导操作系统，不需用户进行设置。第二块硬盘引导操作系统后，则第二块硬盘成为原盘，第一块硬盘变为备份盘。有的计算机有机械硬盘和固态硬盘，固态硬盘开机速度块，常作为引导盘。
[0020]在图6中，计算机启动后，会检测备份盘是否可写数据，如不存在备份盘或备份盘损坏，则弹出警示窗口，提醒用户更换备份盘。即使不增加备份盘，也不影响计算机正常使用。
[0021]备份盘可随时更换，如有科学研究需要保留当前磁盘数据，可点“备份”按钮完成全盘数据拷贝，然后更换备份盘。如备份盘损坏，只需更换备份盘，点“备份”按钮完成全盘数据拷贝即可。如原盘损坏，此时计算机无法正常启动，可使用本软件的安装U盘启动计算机，输入备份盘盘号，点“磁盘管理”按钮，选“显示备份盘”，之后重启计算机，则备份盘成为原盘，再增加一块备份盘即可。或者先更换损坏硬盘，再用安装U盘启动计算机，将新更换硬盘做备份盘，直接进行全盘数据拷贝，再通过磁盘管理，确定哪块硬盘做启动盘。

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