CN101373436B - U盘上数据自动压缩和解压缩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，U盘中存储有一个位于Window文件系统的输入输出子系统管理层和文件系统驱动层之间的U盘压缩驱动程序，所述U盘压缩驱动程序创建一个内核线程；当用户进程发出读写命令后，U盘压缩驱动程序从输入输出子系统管理层拦截读写命令并判断所述读写命令操作是否对指定的U盘进行；当读写命令操作是对指定的U盘进行时，所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作后，所述内核线程用于自动处理读写数据的压缩和解压缩；本发明通过在U盘上安装数据处理的软件来解决数据的压缩和解压缩，从而不用扩大U盘容量就可以有更大的存储量，使用方便，安全性和可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及U盘上的数据处理方法，特别是实现U盘上数据自动压缩和解压缩的方法。
目前能够实现对存贮在我公司所生产U盘上的数据自动进行压缩和解压缩，在不改变U盘容量的前提下大大提升U盘的实际存贮能力，在对驱动程序稍加修改后就可以实现对所有U盘数据的压缩和解压缩。
背景技术
近些年来，随着信息技术的飞速发展，信息的数据量也变得越来越庞大，虽然U盘作为新一代的存储设备，具有容量大的特点，但与需要存储的信息量相比，仍然显得其容量不足，这就经常会导致原来的U盘因为容量太小而不能使用。
为了解决这个问题，国内外大多数公司采用的办法就是不断扩大U盘的容量，现在一般12个月会生产容量增加一倍的U盘，目前这种唯一的方法造成了很多不必要的浪费。
发明内容
本发明针对以上的问题提出了U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，通过在U盘上安装数据处理的程序来解决数据的压缩和解压缩，从而达到不用扩大U盘容量也可以有更大的存储量的目的。
本发明技术方案如下：
U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：U盘中存储有一个位于Windows文件系统的输入输出子系统管理层(I/O Subsystem Manager)和文件系统驱动层(File System Driver)之间的U盘压缩驱动程序(USBZip Driver)，所述U盘压缩驱动程序创建一个内核线程；当用户进程发出读写命令后，U盘压缩驱动程序从输入输出子系统管理层拦截读写命令并判断该读写命令操作是否对指定的U盘进行；当读写命令操作是对指定的U盘进行时，所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作后，所述内核线程用于自动处理读写数据的压缩和解压缩。
所述U盘压缩驱动程序在第一次使用时自动安装，以后在每次插入U盘时，Windows会自动加载已安装的U盘压缩驱动程序；当U盘被拔出时，U盘压缩驱动程序也会被自动卸载。
所述U盘压缩驱动程序自动加载后，打开U盘时，U盘压缩驱动程序创建内核线程；关闭U盘时，U盘压缩驱动程序会终止该内核线程。
所述内核线程一直处于睡眠状态，是通过U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作之后，U盘压缩驱动程序为睡眠的内核线程准备好需要压缩或解压缩的数据等参数信息的必要的数据后才唤醒内核线程，内核线程在执行完压缩或者解压缩后会继续睡眠。也就是说在读操作时，U盘压缩驱动程序会将内核线程返回的数据返回给用户进程，最后内核线程继续睡眠；在写操作的时，U盘压缩驱动程序会调用Windows的文件系统驱动层将返回的数据写入U盘，最后内核线程继续睡眠。
所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作之前，还进行了文件夹重定向：即将读写命令操作重新定向到硬盘上的一个临时目录中。
当读写命令操作不是对指定的U盘进行时，输入输出子系统管理层就将读写命令操作交给Windows的文件系统驱动层进行处理。
U盘上数据自动解压缩的方法，其具体步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为读操作时，U盘压缩驱动程序会首先判断读操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows的文件系统驱动层进行正常的读操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件重定向，将读取文件路径上包含的文件夹依次重定向到硬盘上的一个临时目录中，然后U盘压缩驱动程序会在所述临时目录中创建一个与读取文件同名的重定向文件，然后调用Windows的文件系统驱动层将压缩信息和压缩数据从U盘中读出并为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程执行解压缩并等待内核线程返回结果，当内核线程完成数据段的解压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序会记录已解压的数据段信息，并将需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统。如果下一次Windows又发起了对该文件相同数据段的读操作，U盘压缩驱动程序则根据上一次的解压缩记录，直接调用Windows的文件系统驱动层从重定向文件中读出需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统。
U盘上数据自动压缩的方法，其具体步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为写操作时，U盘压缩驱动程序首先判断所述写操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows文件系统的文件系统驱动层进行正常的写操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件夹的重定向，将写操作文件路径上包含的文件夹依次重定向到磁盘上的一个临时目录中，接着调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据先写入磁盘的临时目录中，然后U盘压缩驱动程序为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程并等待内核线程返回结果，当内核线程进行了数据的压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序最后调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据写入U盘。
所述压缩是当写文件到U盘时，首先将文件的数据按照指定的大小分段，然后判断数据是否需要进行压缩，如果不需要，则直接将所有段的原始数据写入U盘即可，如果需要，那么就进行数据压缩并将压缩后的数据写入U盘，最后还要将压缩每段数据时产生的压缩信息组合起来构成整个文件的压缩信息写入U盘压缩文件的末尾。这种分段的压缩方法区别于传统的压缩方式，传统的压缩方式是采用流式压缩方法，即将需要压缩的数据做为一个整体进行压缩，这种方式在随机读取解压缩文件的部分数据时效率是非常低的，分段压缩方式能够很好的解决这个问题。
所述解压缩是当读文件时，首先判断文件是否为USBZip Driver压缩的文件，如果不是，则从U盘中直接读取文件中相应位置的数据即可，如果是，则先从U盘中读取压缩文件末尾处的压缩信息，解析压缩信息，得到需要读取的数据在压缩文件中的相应位置和长度，从U盘中读取压缩文件的相应块，解压缩这些数据块最后得到原始数据。
所述U盘压缩驱动程序在解压缩U盘上的文件数据到临时目录的重定向文件时，会记录已解压的数据段地址和长度到一个双向链表中，如果读操作所要访问的数据段已经包含在这个双向链表时，链表保持不变，相反，链表向数据方向增加，引起解压缩操作，这样就像一个可移动的窗口一样，因此我们称之为滑动窗口的解压缩方式。
为了方便用户，使之觉得支持自动压缩和解压缩的U盘和普通U盘的用法完全相同，这种U盘会在量产时由定制的量产工具划分出一个隐藏分区，U盘压缩驱动程序(USBZip Driver)和它的安装程序会被下载到这个隐藏分区中，在用户第一次使用这种U盘时，在隐藏分区中的安装程序会自动将U盘压缩驱动程序(USBZip Driver)装入Windows操作系统。
本发明能使用户在没有察觉任何区别的情况下就能大大提高U盘的实际存贮能力，从而达到不用扩大U盘容量也可以有更大的存储量，另外还具备如下优点：
一、驱动程序的自动安装：装载驱动程序的可执行程序已经在U盘量产时下载到了U盘的隐藏分区中，这个可执行程序能够自动将U盘上的驱动程序的安装到系统中，这样就避免了用户手动去安装驱动程序，减少了用户的麻烦，方便了用户；
二、驱动程序的自动装载与卸载：实现了驱动程序在将U盘插入计算机时自动装载到操作系统内核中，在拨出时自动将它卸载掉，这样就不会影响到用户的一般操作，只有在需要对U盘进行操作时，才会调用驱动，最大限度的确保了系统的安全性和可靠性；
三、文件夹和文件的动态重定向技术：只对兼容的压缩文件进行重定向，对其它压缩格式文件采用直接访问，同时只对压缩文件进行重定向而并不对文件夹进行重定向，这样就能在不需要执行任何解压缩的操作就能看到这个文件夹中的内容，而不是进行了解压缩才能显示其内容，这样就避免了延时；动态重定向技术还能实现缓存的作用，已经解压缩过的数据段被再次访问时，无需再次解压缩，因此访问速度接近非压缩文件；
四、内核线程以滑动窗口的方式处理压缩、解压缩和物理读写操作：这样就能以最快的速度从大文件中解压缩出需要的数据段，而不是完全解压缩出整个文件，缩短读写操作程序执行的时间，提高系统的响应时间，提高了系统的效率，不会导致程序长时间的无响应；
五、先进的压缩算法：驱动程序中的内核线程采用了先进的高效压缩算法，使得文件具有很高的压缩比和很少的压缩时间，能够大大提高U盘的实际存贮能力和响应时间；同时该算法能识别出数据是否已经采用了其它压缩算法，对于这种数据，它将使用直接存储，因此压缩U盘中实际共存多种压缩格式的数据文件。
附图说明
图1为本发明驱动程序的架构示意图
图2为本发明U盘压缩驱动程序读操作的流程图
图3为本发明U盘压缩驱动程序写操作的流程图
图4为本发明内核线程的流程图
图5为本发明数据压缩的流程图
图6为本发明数据解压缩的流程图
图7为本发明量产过程的流程图
具体实施方式
如图1-6所示，U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，U盘中存储有一个位于Windows文件系统的输入输出子系统管理层(I/O Subsystem Manager)和文件系统驱动层(File System Driver)之间的U盘压缩驱动程序(USBZip Driver)，所述U盘压缩驱动程序创建一个内核线程；当用户进程发出读写命令后，U盘压缩驱动程序从输入输出子系统管理层拦截读写命令并判断该读写命令操作是否对指定的U盘进行；当读写命令操作是对指定的U盘进行时，所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作后，所述内核线程用于自动处理读写数据的压缩和解压缩。
所述U盘压缩驱动程序在第一次使用时自动安装，以后在每次插入U盘时，Windows会自动加载已安装的U盘压缩驱动程序；当U盘被拔出时，U盘压缩驱动程序也会被自动卸载。
所述U盘压缩驱动程序自动加载后，打开U盘时，U盘压缩驱动程序创建内核线程；关闭U盘时，U盘压缩驱动程序会终止该内核线程。
所述内核线程一直处于睡眠状态，是通过U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作之后，U盘压缩驱动程序为睡眠的内核线程准备好需要压缩或解压缩的数据等参数信息的必要的数据后才唤醒内核线程，内核线程在执行完压缩或者解压缩后会继续睡眠。也就是说在读操作时，U盘压缩驱动程序会将内核线程返回的数据返回给用户进程，最后内核线程继续睡眠；在写操作的时，U盘压缩驱动程序会调用Windows的文件系统驱动层将返回的数据写入U盘，最后内核线程继续睡眠。
所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作之前，还进行了文件夹重定向：即将读写命令操作重新定向到硬盘上的一个临时目录中。
当读写命令操作不是对指定的U盘进行时，输入输出子系统管理层就将读写命令操作交给Windows的文件系统驱动层进行处理。
U盘上数据自动解压缩的方法，其具体步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为读操作时，U盘压缩驱动程序会首先判断读操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows文件系统的文件系统驱动层进行正常的读操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件夹的重定向，将读取文件路径上包含的文件夹依次重定向到硬盘上的一个临时目录中，然后U盘压缩驱动程序会在所述临时目录中创建一个与读取文件同名的重定向文件，然后调用Windows的文件系统驱动层将压缩信息和压缩数据从U盘中读出并为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程执行解压缩并等待内核线程返回结果，当内核线程完成数据段的解压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序会记录已解压的数据段信息，并将需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统。如果下一次Windows又发起了对该文件相同数据段的读操作，U盘压缩驱动程序则根据上一次的解压缩记录，直接调用Windows的文件系统驱动层从重定向文件中读出需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统。
U盘上数据自动压缩的方法，其具体步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为写操作时，U盘压缩驱动程序首先判断所述写操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows文件系统的文件系统驱动层进行正常的写操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件夹的重定向，将写操作文件路径上包含的文件夹依次重定向到磁盘上的一个临时目录中，接着调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据先写入磁盘的临时目录中，然后U盘压缩驱动程序为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程并等待内核线程返回结果，当内核线程进行了数据的压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序最后调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据写入U盘。
所述压缩是当写文件到U盘时，首先将文件的数据按照指定的大小分段，然后判断数据是否需要进行压缩，如果不需要，则直接将所有段的原始数据写入U盘即可，如果需要，那么就进行数据压缩并将压缩后的数据写入U盘，最后还要将压缩每段数据时产生的压缩信息组合起来构成整个文件的压缩信息写入U盘压缩文件的末尾。这种分段的压缩方法区别于传统的压缩方式，传统的压缩方式是采用流式压缩方法，即将需要压缩的数据做为一个整体进行压缩，这种方式在随机读取解压缩文件的部分数据时效率是非常低的，分段压缩方式能够很好的解决这个问题。
所述解压缩是当读文件时，首先判断文件是否为USBZip Driver压缩的文件，如果不是，则从U盘中直接读取文件中相应位置的数据即可，如果是，则先从U盘中读取压缩文件末尾处的压缩信息，解析压缩信息，得到需要读取的数据在压缩文件中的相应位置和长度，从U盘中读取压缩文件的相应块，解压缩这些数据块最后得到原始数据。
所述U盘压缩驱动程序在解压缩U盘上的文件数据到临时目录的重定向文件时，会记录已解压的数据段地址和长度到一个双向链表中，如果读操作所要访问的数据段已经包含在这个双向链表时，链表保持不变，相反，链表向数据方向增加，引起解压缩操作，这样就像一个可移动的窗口一样，因此我们称之为滑动窗口的解压缩方式。
为了方便用户，使之觉得支持自动压缩和解压缩的U盘和普通U盘的用法完全相同，这种U盘会在量产时由定制的量产工具划分出一个隐藏分区，U盘压缩驱动程序(USBZip Driver)和它的安装程序会被下载到这个隐藏分区中，在用户第一次使用这种U盘时，在隐藏分区中的安装程序会自动将U盘压缩驱动程序
(USBZip Driver)装入Windows操作系统。
如图7所示，所述量产过程需要定制的U盘量产工具的配合，这个量产工具会首先收集需要生产的U盘信息，同时按照厂商的要求检测U盘，称为准备阶段；其次是对U盘的物理层进行全面的检测；然后将相关的配置信息放入U盘中；最后按照产品的出厂要求设置U盘的详细参数，划分出一个用户不能看到的隐藏分区，并产生文件系统，将编译完成的驱动程序和它的安装程序下载到隐藏分区中，做最后的检测，最后这部分功能是传统的量产工具不具备的。
Claims (6)
1.U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：U盘中存储有一个位于Windows文件系统的输入输出子系统管理层和文件系统驱动层之间的U盘压缩驱动程序，所述U盘压缩驱动程序创建一个内核线程；当用户进程发出读写命令后，U盘压缩驱动程序从输入输出子系统管理层拦截读写命令并判断所述读写命令操作是否对指定的U盘进行；当读写命令操作是对指定的U盘进行时，所述U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作后，所述内核线程用于自动处理读写数据的压缩和解压缩；
所述U盘上数据自动解压缩的步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为读操作时，U盘压缩驱动程序会首先判断读操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows文件系统的文件系统驱动层进行正常的读操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件的重定向，将读取文件路径上包含的文件夹依次重定向到磁盘上的一个临时目录中，然后U盘压缩驱动程序会在所述临时目录中创建一个与读取文件同名的重定向文件，然后调用Windows的文件系统驱动层将压缩信息和压缩数据从U盘中读出并为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程执行解压缩并等待内核线程返回结果，当内核线程完成数据段的解压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序会记录已解压的数据段信息，并将需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统；当下一次Windows又发起了对该文件相同数据段的读操作，U盘压缩驱动程序则根据上一次的解压缩记录，直接调用Windows的文件系统驱动层从重定向文件中读出需要的数据返回给Windows文件系统的输入输出子系统；
所述U盘上数据自动压缩的步骤为：当Windows文件系统的输入输出子系统管理层传递下来的操作为写操作时，U盘压缩驱动程序首先判断所述写操作是否是对指定U盘进行，如果不是，U盘压缩驱动程序直接调用Windows文件系统的文件系统驱动层进行正常的写操作处理；如果是，U盘压缩驱动程序首先进行文件夹的重定向，将写操作文件路径上包含的文件夹依次重定向到磁盘上的一个临时目录中，接着调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据先写入磁盘的临时目录中，然后U盘压缩驱动程序为内核线程准备好相应的数据，唤醒内核线程并等待内核线程返回结果，当内核线程进行了数据的压缩并返回结果后，U盘压缩驱动程序最后调用Windows文件系统的文件系统驱动层将数据写入U盘。
2.根据权利要求1所述的U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：所述U盘压缩驱动程序在第一次使用时自动安装，以后在每次插入U盘时，Windows会自动加载已安装的U盘压缩驱动程序；当U盘被拔出时，U盘压缩驱动程序也会被自动卸载。
3.根据权利要求2所述的U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：所述U盘压缩驱动程序自动加载后，打开U盘时，U盘压缩驱动程序创建内核线程；关闭U盘时，U盘压缩驱动程序会终止该内核线程。
4.根据权利要求1所述的U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：所述内核线程一直处于睡眠状态，是通过U盘压缩驱动程序调用Windows的文件系统驱动层进行读写操作之后，U盘压缩驱动程序为睡眠的内核线程准备好必要的数据才唤醒内核线程，内核线程在执行完压缩或者解压缩后会继续睡眠。
5.根据权利要求1所述的U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：所述压缩是当写文件到U盘时，首先将文件的数据按照指定的大小分段，然后判断数据是否需要进行压缩，如果不需要，则直接将所有段的原始数据写入U盘即可，如果需要，那么就进行数据压缩并将压缩后的数据写入U盘，最后还要将压缩每段数据时产生的压缩信息组合起来构成整个文件的压缩信息写入U盘压缩文件的末尾；所述解压缩是当读文件时，首先判断文件是否为USBZip Driver压缩的文件，如果不是，则从U盘中直接读取文件中相应位置的数据即可，如果是，则先从U盘中读取压缩文件末尾处的压缩信息，解析压缩信息，得到需要读取数据在压缩文件中的相应位置和长度，从U盘中读取压缩文件的相应块，解压缩这些数据块最后得到原始数据；所述U盘压缩驱动程序在解压缩U盘上的文件数据到临时目录的重定向文件时，将已解压的数据段地址和长度记录到一个双向链表中，当读操作所要访问的数据段已经包含在所述的双向链表时，链表保持不变，当读操作所要访问的数据段不包含在所述的双向链表时，链表向数据方向增加，引起解压缩操作。
6.根据权利要求1所述的U盘上数据自动压缩和解压缩的方法，其特征在于：所述U盘压缩驱动程序和它的安装程序被下载到U盘在量产时由定制的量产工具划分出的一个隐藏分区中，在用户第一次使用这种U盘时，在隐藏分区中的安装程序会自动将U盘压缩驱动程序装入Windows操作系统。
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