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Linux系统自动搭建与复原系统实现
1.1 选题意义与背景
当今二十一世纪是一个计算机技术高度发达的时代，在如今的背景下linux逐渐火热。它诞生于林纳斯·本纳第克特·托瓦兹之手，又在经过无数程序员的修补与改进之后面向于世。Linux完全免费的开源系统，它将一切视为文件，分配标记每个文件的作用及意义。它具有高稳定性、灵活性、安全性，而程序员又可以根据自身喜好来对其进行更加客制化的设计，由此吸引了无数网络运维人员与程序设计者的追求与喜爱。本课题基于linux系统，探索打造系统自动搭建与复原系统的设计，为程序设计与运维等工作者提供更加方便快捷的的实验环境搭建与重现实验环境，不在局限于使用镜像快照或是整体打包，以更加方便灵活的方式进行系统复刻。
近年来的网络迅速发展，各式各样的软件与网站层出不穷，大量的it工作者由于自身需求纷纷选择Linux操作系统。据统计全球前500强的超级计算机所使用的系统均为linux系统，现在的大厂企业也纷纷投身于linux,例如国际巨头企业谷歌，其内部所使用的系统为Goobuntu的Linux系统，而NASA国际空间站的重要部分的操作系统也不再是windows系统而是linux。Linux由于自身的开源、免费、稳定等特性，已经成为了一个不可替代的操作系统。
Linux不局限于用于it工作者自身的使用。随着云计算云技术的发展，云服务器开始被广泛应用于各类企业网站，小成本公司不在需要花费高昂的价钱购买实体服务器，取而代之的是云服务器，而在云服务器中绝大部分都会选择为Linux系统的服务器。随着linux在服务器领域的广泛应用，它的势头已经不可阻挡，在政府、电信、教育银行各个行业一个开始被运用。在我国，新浪、淘宝等各大企业都将Linux系统作为服务端。在全球范围内，排名前十的网站所使用的服务器系统基本都是linux。
在不知不觉之中，Linux操作系统的使用已经遍布在我们的生活以及各个领域当中。
1.1.1 背景与意义
Linux作为当下热门的操作系统被应用于服务器领域、嵌入式领域及个人工作领域，其市场于需求不断扩大，势头凶猛。Linux系统运用最为广泛的无疑是服务器及it工作者两方面。它因自身各种优点深受it工作者和企业的喜爱。而在对Linux系统进行各项操作及实验时，往往需要改动实验环境，每一次的测试对系统本身造成的影响都会有可能对下一次的测试造成影响，此时通过各项操作对实验环境的复刻无疑是种最好的选择。
现如今的对Linux实验环境的复刻最常用的就是选择打包与制造镜像快照，而这两者都有各自的缺点。在进行打包时，需要对大量的应用文件进行筛选后进行打包操作，在打包的同时无法确保是否有文件遗漏。打包完成后在新系统解压时，如若新实验环境与原系统的差异过大或是各类软件版本冲突，都会导致测试无法正常进行且无法得出最精确的结果。使用镜像快照创建镜像时，操作者需要等待较长时间的镜像生成，且生成的镜像又将占据过大的空间，浪费实验资源，且有极大的限制。快照将原系统状态进行记录，再以记录为镜像创建出一个新的虚拟机，无法做到只对部分环境进行记录、移植，这无疑限制了实验人员的可操作性。
开发人员或教育工作者由于自身工作需求需搭建大量与原环境相同的操作系统，在实验研究不断深入的情况下需要做到两边环境的同步，此时的快照与打包的局限性就会导致实验环境无法做到实时性的同步，给实验的进展造成阻碍，大大降低实验速度。
本课题区别于传统的快照与打包方法，通过安装空白的内核镜像在新盘上生成全新空白的新系统，通过比对复原系统包含的软件并进行版本控制，统一实验基本环境，再通过各项策略对原系统的各项文件进行扫描，确认更改文件之后移植文件，彻底复刻原系统的实验环境。再完成实验环境复刻后，如果原系统文件进行更改，可以通过移植策略进行更改过后的文件统一，大大提高了实验环境的同步，提高了灵活性与可操作性。
1.1.2 系统自动搭建研究
在Linux系统自动搭建方面有多种方法，例如搭建部署PXE服务，进行DHCP程序部署、TFTP程序部署配置和ks文件制作，完成部署后进行虚拟机的自动搭建。或是使用Virt-clone、qemu-img等工具指令进行虚拟机的快速搭建，详细情见表1-1。这几种方法都有各自的优缺点，也是最为常见的自动部署方法，但这几类方法所部署的虚拟机都存在于原虚拟机自身的系统中，占用的内存资源过多，且个别方法操作复杂，如果配置过程中出现操作失误，会给原实验环境造成不稳定性，同时在完成实验测试进行同步时无法方便快捷的进行环境统一。
表1-1 Linux系统搭建方式比对
所以此项研究者需要通过一种快速有效的方法对虚拟机系统进行自动搭建，其搭建区别于上述的几种方法，在搭建时要确保操作的便捷性，使新系统具备基本的可操作性，使新系统所使用的硬件与各类虚拟硬件与原系统统一，也需要注意新系统内尽量不要包含除系统基本功能以外的软件，以防止在进行系统复原时造成各种软件版本冲突。这是研究者在进行系统自动搭建所要重点考虑的内容。
1.1.3 系统复原系统实现研究
系统复原即复原系统的环境，包含应用、应用的各项配置、环境变量及其余的自定义文件，实现新旧系统的各项环境的统一。国内外关于系统复原的方法通常为进行系统备份与快照。备份将指定的文件做出一个副本保存在特定位置，在需要时将备份对原文件进行覆盖以达到复原的意图。此外最为常见的就是快照，无论是初学者又或是开发人员最为常见的复原方法就是对系统进行快照。
开发人员随着工作的精进，传统的快照与备份服务已经限制了他们工作的进行。每次对新旧系统进行统一时都需要花费大量的时间与资源进行快照或备份，且被还原系统的除环境文件以外的系统都会被删除，也无法做到两系统之间实时性的还原，有极大的局限性。
研究者需要研究新的复原系统的方法，需要实现系统复刻的同时又不仅仅局限于整体的复刻，需要实现整体复刻与局部实验环境的复刻，且在完成复刻之后，在后续再次进行环境同步时不在需要对整体进行复刻，只需要同步被修改的部分，提高开发人员的可操作性与复原的灵活性。
在实现系统复原时，最为重要的就是软件部分。随着应用软件的不断更新升级，各个版本之间会逐渐产生差异性，新版本与旧版本之间命令口令会相差巨大，同一命令也会因为版本的不同而无法兼容，进而产生报错和系统的紊乱，所以在进行系统复原实时要考虑对软件进行版本控制。
1.2 课题主要内容
本文以Linux的搭建与复原为主，研究一种相对于现有的搭建复原方法更加方便快捷的方法。首先要考虑该系统的实际功能性问题，保证其功能性的同时也要确认工作效率，使其在搭建与复原系统的过程中不会花费过多的时间及资源，完成整个系统的复刻，并确保此系统能够正常工作，保证系统的稳定性，满足开发人员的需求。结合现有的方法来看，此系统的整体部署操作要趋向于便捷化，并且具有高度的兼容性，从开发人员的角度，此项系统需能够根据自身需求进行部分文件的复刻。综合上述探讨，本课题主要工作内容如下
（1） 此课题是实现一个系统总体的复刻，想要对系统进行复原需要一个最为基础的系统，该系统需与原系统的类型一致，且具备平常系统应具有的配置，且是通过自动化部署来实现，并保证该系统稳定可用。
（2） 在系统成功搭建的基础上开始对整个系统进行还原工作，此项工作通过对应策略与方法通过对读取的文件信息进行相应的操作，以此进行实验环境复刻，使新系统具备原系统的所有功能，同时根据需求对异步文件进行同步满足开发人员的需求，为实验环境统一减少资源的浪费。
（3） 在进行复原系统实验过程中，由于新系统本就具备些许功能，在文件移植过程中无可避免的会出现冲突问题，此刻需要解决系统环境的冲突，稳定系统。
1.3 本文组织结构
第一章：对本文的选题背景与意义进行论述，阐述本课题的研究方向及相关内容。
第二章：对本课题研究的系统的功能及需求进行分析，为系统搭建做好准备。
第三章：通过对系统功能及需求的分析进行研究，阐明本系统的设计方案，再从各项设计进行入手，分为软件设计与系统功能的详细设计，最终进行整合，得出本系统的最终设计方案。
第四章：对系统设计的各部分方案进行整合，逐步对所有功能进行实现。
第五章：对上述功能进行实现后，对系统各项功能进行测试
第六章：对研究的系统进行总结，对系统后续功能进行展望
摘要
随着计算机技术和IT行业的发展与壮大，linux从早期的无人问津到现在成为了计算机领域的支柱之一，更是服务器端领域的重中之重。Linux以自身的开源及包含unix的全部优秀特性受到大量开发者者的追捧与喜爱。
目录
第1章绪论
1.1选题意义和背景
1.1.1意义与背景
1.1.2系统自动搭建研究
1.1.3系统复原系统实现研究
1.2课题主要内容
1.3本文组织结构
第2章系统自动搭建与复原系统需求分析
2.1 系统功能性需求分析
2.1.1 概述
2.1.2 功能
2.2 系统非功能性需求分析
2.2.1 软件需求
2.2.2 其他需求
2.3 本章小结
第3章系统自动搭建与复原系统设计
3.1 总体设计方案
3.2 系统自动搭建设计
3.3 复原系统设计
3.3.1 软件与文件复刻
3.3.2 系统文件移植策略
3.4 软件设计
3.5 本章小结
第4章自动搭建与复原系统实现
4.1 系统自动搭建
4.2 系统环境复刻
4.3 被更改文件同步
4.4 环境冲突消除
4.5 本章小结
第5章系统测试
5.1 测试环境
5.2 系统功能性测试
5.2.1 自动搭建系统测试
5.2.2 系统复刻测试
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
第一章 绪论1.1 选题意义与背景
当今二十一世纪是一个计算机技术高度发达的时代，在如今的背景下linux逐渐火热。它诞生于林纳斯·本纳第克特·托瓦兹之手，又在经过无数程序员的修补与改进之后面向于世。Linux完全免费的开源系统，它将一切视为文件，分配标记每个文件的作用及意义。它具有高稳定性、灵活性、安全性，而程序员又可以根据自身喜好来对其进行更加客制化的设计，由此吸引了无数网络运维人员与程序设计者的追求与喜爱。本课题基于linux系统，探索打造系统自动搭建与复原系统的设计，为程序设计与运维等工作者提供更加方便快捷的的实验环境搭建与重现实验环境，不在局限于使用镜像快照或是整体打包，以更加方便灵活的方式进行系统复刻。
近年来的网络迅速发展，各式各样的软件与网站层出不穷，大量的it工作者由于自身需求纷纷选择Linux操作系统。据统计全球前500强的超级计算机所使用的系统均为linux系统，现在的大厂企业也纷纷投身于linux,例如国际巨头企业谷歌，其内部所使用的系统为Goobuntu的Linux系统，而NASA国际空间站的重要部分的操作系统也不再是windows系统而是linux。Linux由于自身的开源、免费、稳定等特性，已经成为了一个不可替代的操作系统。
Linux不局限于用于it工作者自身的使用。随着云计算云技术的发展，云服务器开始被广泛应用于各类企业网站，小成本公司不在需要花费高昂的价钱购买实体服务器，取而代之的是云服务器，而在云服务器中绝大部分都会选择为Linux系统的服务器。随着linux在服务器领域的广泛应用，它的势头已经不可阻挡，在政府、电信、教育银行各个行业一个开始被运用。在我国，新浪、淘宝等各大企业都将Linux系统作为服务端。在全球范围内，排名前十的网站所使用的服务器系统基本都是linux。
在不知不觉之中，Linux操作系统的使用已经遍布在我们的生活以及各个领域当中。
1.1.1 背景与意义
Linux作为当下热门的操作系统被应用于服务器领域、嵌入式领域及个人工作领域，其市场于需求不断扩大，势头凶猛。Linux系统运用最为广泛的无疑是服务器及it工作者两方面。它因自身各种优点深受it工作者和企业的喜爱。而在对Linux系统进行各项操作及实验时，往往需要改动实验环境，每一次的测试对系统本身造成的影响都会有可能对下一次的测试造成影响，此时通过各项操作对实验环境的复刻无疑是种最好的选择。
现如今的对Linux实验环境的复刻最常用的就是选择打包与制造镜像快照，而这两者都有各自的缺点。在进行打包时，需要对大量的应用文件进行筛选后进行打包操作，在打包的同时无法确保是否有文件遗漏。打包完成后在新系统解压时，如若新实验环境与原系统的差异过大或是各类软件版本冲突，都会导致测试无法正常进行且无法得出最精确的结果。使用镜像快照创建镜像时，操作者需要等待较长时间的镜像生成，且生成的镜像又将占据过大的空间，浪费实验资源，且有极大的限制。快照将原系统状态进行记录，再以记录为镜像创建出一个新的虚拟机，无法做到只对部分环境进行记录、移植，这无疑限制了实验人员的可操作性。
开发人员或教育工作者由于自身工作需求需搭建大量与原环境相同的操作系统，在实验研究不断深入的情况下需要做到两边环境的同步，此时的快照与打包的局限性就会导致实验环境无法做到实时性的同步，给实验的进展造成阻碍，大大降低实验速度。
本课题区别于传统的快照与打包方法，通过安装空白的内核镜像在新盘上生成全新空白的新系统，通过比对复原系统包含的软件并进行版本控制，统一实验基本环境，再通过各项策略对原系统的各项文件进行扫描，确认更改文件之后移植文件，彻底复刻原系统的实验环境。再完成实验环境复刻后，如果原系统文件进行更改，可以通过移植策略进行更改过后的文件统一，大大提高了实验环境的同步，提高了灵活性与可操作性。
1.1.2 系统自动搭建研究
在Linux系统自动搭建方面有多种方法，例如搭建部署PXE服务，进行DHCP程序部署、TFTP程序部署配置和ks文件制作，完成部署后进行虚拟机的自动搭建。或是使用Virt-clone、qemu-img等工具指令进行虚拟机的快速搭建，详细情见表1-1。这几种方法都有各自的优缺点，也是最为常见的自动部署方法，但这几类方法所部署的虚拟机都存在于原虚拟机自身的系统中，占用的内存资源过多，且个别方法操作复杂，如果配置过程中出现操作失误，会给原实验环境造成不稳定性，同时在完成实验测试进行同步时无法方便快捷的进行环境统一。
表1-1 Linux系统搭建方式比对
| 系统搭建方法 | 优点 | 缺点 |
| PXE | 快速批量安装多台操作系统 | 使用pxe需要提前搭建相应服务，制作ks文件，在这个过程中各项配置极易出错，且配置过程繁琐 |
| Virt-clone | 可直接将原系统硬盘作为模板进行搭建，统一虚拟机内数据 | 虚拟机位于原虚拟机内，占据大量资源 |
| qemu-img | 快速创建虚拟机，并直接设定虚拟机内相关信息 | 存在于原虚拟机内，占据原系统资源 |
所以此项研究者需要通过一种快速有效的方法对虚拟机系统进行自动搭建，其搭建区别于上述的几种方法，在搭建时要确保操作的便捷性，使新系统具备基本的可操作性，使新系统所使用的硬件与各类虚拟硬件与原系统统一，也需要注意新系统内尽量不要包含除系统基本功能以外的软件，以防止在进行系统复原时造成各种软件版本冲突。这是研究者在进行系统自动搭建所要重点考虑的内容。
1.1.3 系统复原系统实现研究
系统复原即复原系统的环境，包含应用、应用的各项配置、环境变量及其余的自定义文件，实现新旧系统的各项环境的统一。国内外关于系统复原的方法通常为进行系统备份与快照。备份将指定的文件做出一个副本保存在特定位置，在需要时将备份对原文件进行覆盖以达到复原的意图。此外最为常见的就是快照，无论是初学者又或是开发人员最为常见的复原方法就是对系统进行快照。
开发人员随着工作的精进，传统的快照与备份服务已经限制了他们工作的进行。每次对新旧系统进行统一时都需要花费大量的时间与资源进行快照或备份，且被还原系统的除环境文件以外的系统都会被删除，也无法做到两系统之间实时性的还原，有极大的局限性。
研究者需要研究新的复原系统的方法，需要实现系统复刻的同时又不仅仅局限于整体的复刻，需要实现整体复刻与局部实验环境的复刻，且在完成复刻之后，在后续再次进行环境同步时不在需要对整体进行复刻，只需要同步被修改的部分，提高开发人员的可操作性与复原的灵活性。
在实现系统复原时，最为重要的就是软件部分。随着应用软件的不断更新升级，各个版本之间会逐渐产生差异性，新版本与旧版本之间命令口令会相差巨大，同一命令也会因为版本的不同而无法兼容，进而产生报错和系统的紊乱，所以在进行系统复原实时要考虑对软件进行版本控制。
1.2 课题主要内容
本文以Linux的搭建与复原为主，研究一种相对于现有的搭建复原方法更加方便快捷的方法。首先要考虑该系统的实际功能性问题，保证其功能性的同时也要确认工作效率，使其在搭建与复原系统的过程中不会花费过多的时间及资源，完成整个系统的复刻，并确保此系统能够正常工作，保证系统的稳定性，满足开发人员的需求。结合现有的方法来看，此系统的整体部署操作要趋向于便捷化，并且具有高度的兼容性，从开发人员的角度，此项系统需能够根据自身需求进行部分文件的复刻。综合上述探讨，本课题主要工作内容如下
（1） 此课题是实现一个系统总体的复刻，想要对系统进行复原需要一个最为基础的系统，该系统需与原系统的类型一致，且具备平常系统应具有的配置，且是通过自动化部署来实现，并保证该系统稳定可用。
（2） 在系统成功搭建的基础上开始对整个系统进行还原工作，此项工作通过对应策略与方法通过对读取的文件信息进行相应的操作，以此进行实验环境复刻，使新系统具备原系统的所有功能，同时根据需求对异步文件进行同步满足开发人员的需求，为实验环境统一减少资源的浪费。
（3） 在进行复原系统实验过程中，由于新系统本就具备些许功能，在文件移植过程中无可避免的会出现冲突问题，此刻需要解决系统环境的冲突，稳定系统。
1.3 本文组织结构
第一章：对本文的选题背景与意义进行论述，阐述本课题的研究方向及相关内容。
第二章：对本课题研究的系统的功能及需求进行分析，为系统搭建做好准备。
第三章：通过对系统功能及需求的分析进行研究，阐明本系统的设计方案，再从各项设计进行入手，分为软件设计与系统功能的详细设计，最终进行整合，得出本系统的最终设计方案。
第四章：对系统设计的各部分方案进行整合，逐步对所有功能进行实现。
第五章：对上述功能进行实现后，对系统各项功能进行测试
第六章：对研究的系统进行总结，对系统后续功能进行展望