面向类Linux操作系统的磁盘数据保护方法

摘要

本发明公开一种面向类Linux操作系统的磁盘数据保护方法。技术方案是修改Loop设备的4个函数，在loop_init开始处加入DSP_init()，在lo_receive开始处加入DSP_receive()，在lo_send开始处加入DSP_send()，在loop_exit开始处加入DSP_exit()，生成loop.ko；加载loop.ko，DSP_init()进行初始化；若用户请求为读取磁盘数据，DSP_receive()对pos进行修改；若用户请求为写入磁盘数据，DSP_send()对pos进行修改；若用户请求为退出，DSP_exit()进行卸载；采用本发明能实现对磁盘数据的透明保护。

主权项

1.一种面向类Linux操作系统的磁盘数据保护方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，修改Loop设备的loop_nit，lo_receive，lo_send以及loop_exit函数，将经过修改的Loop设备驱动程序统称为数据安全保护模块即DSP模块，修改方法是：在loop_nit函数开始处加入函数DSP_nit()，由DSP_nit初始化DSP模块的初始数据；在lo_receive函数开始处加入函数DSP_receive()，由DSP_receive()根据需要修改lo_receive的参数pos，使pos指向重定向后的数据所在位置；在lo_send函数开始处加入函数DSP_send()，由DSP_send()根据需要修改lo_send的参数pos，使pos指向未使用的磁盘空间；在loop_exit函数开始处加入函数DSP_exit()，由DSP_exit()释放DSP模块初始化和程序运行中产生的内存资源；第二步，将修改后的loop_nit，lo_receive，lo_send以及loop_exit函数编译链接，生成新的Loop设备驱动模块loop.ko；第三步，加载Loop设备驱动模块loop.ko，调用初始化函数loop_nit，该函数调用DSP_nit()进行如下初始化：3.1构建一个线性链表blocklist，blocklist中每个元素存储一个二元组(old_block_num，new_block_num)，old_block_num用于记录初始磁盘请求的块号，new_block_num用于记录重定向后的新块号，DSP_nit()将blocklist初始化为空表；3.2读取磁盘分区中文件系统的超级块、组描述符表，将它们缓存在内存中，根据缓存的超级块和组描述符表信息，获得以下数据：3.2.1从组描述符表获得1-N号块组中空闲块的数目，将1-N号块组中空闲块的数目存贮在数组free_block_count[]中，free_block_count[m]存贮第m个块组中空闲块的数目，1≤m≤N，N为正整数；3.2.2从超级块获得每个块组的块数block_count，各个块组的块数相等；3.2.3从组描述符表获得1-N号块组的块位图的起始块号block_bitmap_start[]，block_bitmap_start[m]存储第m个块组中块位图的起始块号；3.2.4从组描述符表获得1-N号块组的i节点表的起始块号inode_table_start[]，inode_table_start[m]存储第m个块组中i节点表的起始块号；3.2.5从超级块获得1-N号块组的块大小block_size，单位为字节；3.2.6从超级块获得每个块组所含i节点数inode_count；3.2.7从组描述符表获得1-N号块组的i节点位图的起始块号inode_bitmap_start[]，inode_bitmap_start[m]存储第m个块组中i节点位图的起始块号；3.2.8从超级块获得文件系统总块数total_block_count；3.3计算1-N号块组的块位图的大小、i节点表的大小、块组的个数：3.3.1第m个块组的块位图的大小：block_bitmap_size[m]＝(inode_bitmap_start[m]-block_bitmap_start[m])×block_size，inode_bitmap_start[m]为第m个块组的i节点位图的起始块号，block_bitmap_start[m]是第m个块组的块位图的起始块号，block_size为块大小，单位为字节；3.3.2块组的i节点表的大小inode_table_size：inode_table_size＝inode_count×128/block_size，符号“/”表示除法，128为每个i节点大小，单位为字节；3.3.3块组的个数：group_count＝total_block_count/block_count；3.4根据1-N号块组的块位图起始块号block_bitmap_start[]，及块位图的大小block_bitmap_size[]从磁盘上读取1-N号块组的块位图block_bitmap[]；3.5loop_nit[]函数初始化设备；第四步，等待用户的数据访问请求，如果数据访问请求为读取磁盘数据，执行第五步；如果用户请求为写入磁盘数据，执行第六步；如果用户请求为退出磁盘保护模块，执行第七步；第五步，lo_receive启动，调用DSP_receive()对lo_receive的参数pos即本次数据访问请求的磁盘位置进行修改，方法是：5.1计算要读取的磁盘块号：request_block_num＝表示对x下取整。5.2用request_block_num查询链表blocklist，如果blocklist所有的二元组中的old_block_num均不与request_block_num相等，则表明该块没有被重定向，不需要修改pos，执行5.3；如果存在(old_block_num，new_block_num)，使得old_block_num等于request_block_num，则将当前要读取的磁盘位置pos修改为new_block_num×block_size+pos％block_size，其中％为取余运算；5.3lo_recive函数将从磁盘中pos所指位置读取的数据填充到bio描述的本次数据访问请求中内存中存放数据的缓冲区，所述bio是lo_recive函数的一个参数，类Linux系统内核启动lo_recive函数时给bio赋值，转第四步；第六步，lo_send启动，调用DSP_send()对lo_send的参数pos，即本次数据访问请求的磁盘位置进行修改，方法是：6.1计算要写入的磁盘块号：request_block_num＝6.2用request_block_num查询链表blocklist，如果blocklist表中存在二元组(old_block_num，new_block_num)，使得old_block_num等于request_block_num，则将当前要写入的磁盘位置pos修改为new_block_num×block_size+pos％block_size，转6.7；如果blocklist表中所有二元组中的old_block_num均不与request_block_num相等，则执行6.3；6.3判断request_block_num对应的数据块是否位于数据区；6.4如果request_block_num对应的数据块位于数据区，转6.6；如果request_block_num对应的数据块不位于数据区，转6.5；6.5将request_block_num对应的数据块的写操作透明重定向到一个未用的数据块，方法为：寻找一个空闲块new_block_num，如果当前已无空闲块可用，令lo_send函数出错退出，不再进行后续写入操作，转第四步，否则转6.7；6.6查询request_block_num所在块组的块位图blockbitmap[group_num]，如果该块为未占用块，则修改block_bitmap[group_num]中对应该块的比特位的值为1，并将free_block_count[group_num]的值减1，令new_block_num＝request_block_num，转6.7；如果该块为已占用块，则寻找一个空闲块new_block_num，如果当前已无空闲块可用，令lo_send函数出错退出，不再进行后续写入操作，转第四步，如果找到了空闲块，转6.7；6.7将(request_block_num，new_block_num)加入到链表blocklist中，将当前要写入的磁盘位置pos修改为new_block_num×block_size+pos％block_size；6.8lo_send函数将bio描述的内存缓冲区中的数据写入磁盘中pos所指的位置，转第四步，所述bio是lo_send函数的一个参数，类Linux系统内核启动lo_send函数时给bio赋值，；第七步，loop_exit启动卸载模块，调用DSP_exit()对模块进行如下操作：7.1DSP_exit()函数释放DSP模块初始化和程序运行中产生的内存空间；7.2继续执行loop_exit函数，对Loop设备卸载。