了解數(shù)據(jù)恢復(fù)的基本原理

2013-05-27 13:28 作者：ly 瀏覽量：

為了加深大家對數(shù)據(jù)恢復(fù)的理解，我們有必要簡單了解一下數(shù)據(jù)存儲的基本原理。這里以硬盤為例做簡單說明（軟盤、光盤及閃盤的數(shù)據(jù)存儲原理與硬盤大同小異）。先來看看硬盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)我們拿到一塊新硬盤時，必須先對其進(jìn)行分區(qū)和格式化操作后才能使用。對于目前大多數(shù)朋友所使用的Windows操作系統(tǒng)來說，硬盤被操作系統(tǒng)劃分成主引導(dǎo)扇區(qū)、操作系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表、目錄區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)這5個部分。其中主引導(dǎo)扇區(qū)在每塊硬盤中都是唯一的，一塊硬盤上只能有一個主引導(dǎo)扇區(qū)，而其他部分則在硬盤的每個分區(qū)里都會存在。

軟盤、光盤、閃存盤和硬盤的數(shù)據(jù)存儲原理其實有較大不同。軟盤的存儲原理更像是錄音帶，直接通過電磁感應(yīng)原理把磁場變化變成電流變化，對磁頭和磁介質(zhì)等材料并沒有特殊要求。光盤上面也說了，至于閃盤，是直接用半導(dǎo)體儲存高電位和低電位信號來表示0和1的數(shù)據(jù)信息。同時，各種存儲介質(zhì)所采用的文件格式也有很大區(qū)別。 

主引導(dǎo)扇區(qū)位于整個硬盤的0磁道0柱面1扇區(qū)，它包括硬盤主引導(dǎo)程序MBR（Main Boot Record）和分區(qū)表DPT（Disk Partition Table）兩部分。主引導(dǎo)程序是由分區(qū)程序（如大家最常用的Fdisk）產(chǎn)生的，所以在不同的操作系統(tǒng)中，主引導(dǎo)程序可能會不同。它的作用就是檢查分區(qū)表是否正確并確定以哪個分區(qū)為引導(dǎo)分區(qū)，然后在程序結(jié)束時把該分區(qū)的啟動程序（即操作系統(tǒng)）調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行。而對于分區(qū)表，大家應(yīng)比較熟悉了，它以80H或00H為開始標(biāo)志，以55AAH為結(jié)束標(biāo)志，共64字節(jié)，位于0磁道0柱面1扇區(qū)的最末端。它規(guī)定著系統(tǒng)有幾個分區(qū)，每個分區(qū)的起始和終止扇區(qū)、大小及是否為活動分區(qū)等重要信息。 

操作系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)即OBR（OS Boot Record），通常位于硬盤的0磁道1柱面1扇區(qū)（如果硬盤被設(shè)置為多重引導(dǎo)方式，則位于每個引導(dǎo)系統(tǒng)所在的主分區(qū)或擴展分區(qū)的第一個扇區(qū)）。它是操作系統(tǒng)可直接訪問的第一個扇區(qū)，也包括一個引導(dǎo)程序和一個被稱為BPB（BIOS Parameter Block）的分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是判斷本分區(qū)根目錄前兩個文件是否為操作系統(tǒng)的引導(dǎo)文件。如檢查通過，就將引導(dǎo)文件讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交予該文件。BPB分區(qū)表參數(shù)塊則是記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式、硬盤介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT個數(shù)、分配單元（Allocation Unit，以前也稱為簇）的大小等重要參數(shù)。 

不知大家注意過沒有，同一個硬盤，用生產(chǎn)廠家的原廠工具來分區(qū)與用Fdisk或Partition Magic之類的第三方工具來分區(qū)是有區(qū)別的。我們可以試一下，先用原廠工具來分區(qū)，然后啟動Partition Magic查看，發(fā)現(xiàn)什么問題沒有？通常用原廠工具分區(qū)的硬盤開頭或結(jié)尾部分，有可能還剩下4～8MB左右的未使用空間，而用Fdisk或Partition Magic分區(qū)則不會產(chǎn)生這種情況。這是硬盤廠家為防止硬盤因為引導(dǎo)區(qū)的信息出錯，或該處扇區(qū)物理損壞而產(chǎn)生的一系列麻煩而采取的一個小小的但是卻很有實用價值的措施。所以，一般用原廠工具分區(qū)，硬盤工作起來會比較穩(wěn)定，在非法關(guān)機時也不容易掉鏈子；即使出現(xiàn)所謂的零磁道損壞（邏輯零磁道）、引導(dǎo)區(qū)出錯而導(dǎo)致系統(tǒng)不認(rèn)盤等問題，用戶也不需使用Disk Editor、PCTools等軟件修復(fù)（甚至找JS維修），只需一個原廠工具重新快速低格然后分區(qū)就一切如常了。 

文件分配表即FAT（File Allocation Table），是系統(tǒng)的文件尋址系統(tǒng)，為了數(shù)據(jù)安全起見，F(xiàn)AT一般做兩個，第二FAT為第一FAT的備份。FAT區(qū)緊接在OBR之后，其大小由本分區(qū)的大小及文件分配單元的大小決定。FAT的格式有很多種，大家比較熟悉的有FAT12、FAT16和FAT32等格式。FAT12目前僅在軟盤驅(qū)動器中使用，F(xiàn)AT16只能用于2GB以下的分區(qū)；而FAT32使用最為廣泛，可管理的最大分區(qū)為32GB。 

在硬盤克隆、掃描、格式化、拷貝大文件過程中突然斷電的話，基本可肯定會出現(xiàn)分區(qū)表損壞的情況。不過現(xiàn)在大家知道原來分區(qū)表有兩個，同時如果使用原廠工具分區(qū)，非法關(guān)機時則不易丟失分區(qū)表信息。文件系統(tǒng)的格式除了FAT16和FAT32外，還有NTFS、ReiserFS、ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、VFAT、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC、JFS等。其實，日常我們接觸的都是DOS和Windows下的文件系統(tǒng)，而其他的文件系統(tǒng)則同我們相距較遠(yuǎn)，這里就不多做介紹了。 

目錄區(qū)即DIR（Directory），它緊接在第二FAT表之后。只有FAT還不能定位文件在磁盤中的位置，F(xiàn)AT還必須和DIR配合才能準(zhǔn)確定位文件的位置。DIR記錄著每個文件（目錄）的起始單元（對于文件來說，這才是至關(guān)重要的）、文件的屬性等。操作系統(tǒng)在定位文件位置時，根據(jù)DIR中的起始單元，再結(jié)合FAT表就可知文件在磁盤的具體位置及大小了。 

數(shù)據(jù)區(qū)即DATA，當(dāng)將數(shù)據(jù)復(fù)制到硬盤時，數(shù)據(jù)就存放在DATA區(qū)。對于一塊儲存數(shù)據(jù)的硬盤來說，它占據(jù)了硬盤的絕大部分空間，但如沒有前面所提到的4個部分，DATA區(qū)就僅只是一塊填充著0和1的區(qū)域，沒有任何意義。 

也不能說沒有任何意義，特別是在SCSI硬盤這種具備完整的校驗和安全機制的硬盤上，數(shù)據(jù)區(qū)的信息里也還有很多附加標(biāo)識信息和校驗信息，可作為數(shù)據(jù)恢復(fù)的手段。IDE硬盤上則確實較麻煩，要花不少功夫。不過目前很多發(fā)布數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件的公司都在不斷研究這個問題，希望能通過優(yōu)化算法，盡量提高數(shù)據(jù)恢復(fù)的成功率和恢復(fù)速度。 

當(dāng)操作系統(tǒng)要在硬盤上寫入文件時，首先在DIR區(qū)中寫入文件信息（包括文件名、后綴名、文件大小和修改日期），然后在DATA區(qū)找到閑置空間將文件保存，并將DATA區(qū)中存放文件的簇號寫入DIR區(qū)，從而完成整個寫入數(shù)據(jù)的工作。系統(tǒng)刪除文件時的操作則簡單許多，它只需將該文件在DIR區(qū)中的第一個字符改成E5，在文件分配表中把該文件占用的各簇表項清0，就表示將該文件刪除，而它實際上并不對DATA區(qū)進(jìn)行任何改寫。通常的高級格式化程序，只是重寫了FAT表而已，并未將DATA區(qū)的數(shù)據(jù)清除；而對硬盤進(jìn)行分區(qū)時，也只是修改了MBR和OBR， 并沒有改寫DATA區(qū)中的數(shù)據(jù)。正因為DATA區(qū)中的數(shù)據(jù)不易被改寫，從而也為恢復(fù)數(shù)據(jù)帶來了機會。事實上各種數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件，也正是利用DATA區(qū)中殘留的種種痕跡，來恢復(fù)數(shù)據(jù)，這就是整個數(shù)據(jù)恢復(fù)的基本原理。 

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