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磁盘数据恢复原理及实现综述

时间:2011年09月07日来源:职称论文网 作者:admin 点击:
  【关键词】综述,实现,原理,数据恢复,磁盘,

随着科技的发展,大容量硬盘在普通用户中已经屡见不鲜了。但是,在长时间使用硬盘过程中,也在承受着硬盘随时会出错的风险,轻则硬盘的数据丢失,重则整个硬盘报废,造成不可预料的严重后果。采用什么办法,才能解决常见的硬盘数据丢失故障,成为用户十分关注的问题。许多优秀的数据恢复软件已在市面应用,如何掌握和使用数据恢复技术,达到事半功倍的效果才是最为重要的。多数人对于数据恢复技术的原理,并不是十分清楚和理解,而数据恢复技术原理已有众多学者进行研究,且成果堪盛,论文将在此基础上进行系统分析、概括,总结出实用于大众化的方法为广大人士加以介绍。

  1 硬盘数据存储区简介

  要使用新硬盘,需要将其分区、格式化,然后再安装上操作系统才可以使用。一般硬盘分成主引导扇区(MBR)、操作系统引导扇区(OBR)、文件分配表(FAT)、目录区(DIR)和数据区(DATA)等五部分。通常所说的主引导扇区MBR在一个硬盘中是唯一的,MBR区只有在硬盘启动时才读取其内容,然后驻留内存。

  (1)主引导扇区(MBR)。位于整个硬盘的零磁道零柱面一扇区,包括硬盘主引导记录MBR和分区表DPT。主引导记录的作用就是检查分区表是否正确以及判别哪个分区为可引导分区,并在程序结束时把此分区的启动程序调入内存加以执行。分区表以80H或00H为开始标志,每个分区占用16个字节,一个硬盘最多只能分成个主分区,扩展分区也是一个主分区。主分区是一个比较单纯的分区,通常位于硬盘的最前面一块区域中,构成逻辑C磁盘。

  所谓扩展分区,仅仅是一个指向下一个分区的指针,这种指针结构将形成一个单向链表。这样在主引导扇区中除了主分区外,仅需要存储一个被称为扩展分区的分区数据,通过这个扩展分区的数据可以找到下一个分区的起始位置,以此起始位置类推可以找到所有的分区。无论系统中建立多少个逻辑磁盘,在主引导扇区中通过一个扩展分区的参数就可以逐个找到每一个逻辑磁盘。

  (2)操作系统引导扇区(OBR)。通常位于硬盘的零磁道一柱面一扇区,是操作系统可直接访问的第一个扇区,包括一个引导程序和一个被称为BPB的本分区参数记录表。其实每个逻辑分区都有一个OBR,其参数视分区的大小、操作系统的类别而有所不同。

  (3)文件分配表(FAT)。是DOS/Win9x系统的文件寻址系统。为了防止意外损坏,FAT一般做两个,第二FAT为第一FAT的备份, FAT区紧接在OBR之后,其大小由这个分区的空间大小及文件分配单元的大小决定。

  (4)目录区(DIR)。Directory即根目录区的简写,在FAT12和FAT16格式中,DIR紧接在第二FAT表之后,而在FAT32格式中,根目录区的位置可以在分区中的任意位置,其起始位置是由引导扇区给出的。单有FAT表还不能确定文件在磁盘中的具体位置,只有FAT表和DIR区配合使用,才能准确定位文件的确切位置。

  (5)数据区(DATA)。在DIR区之后,才是真正意义上的数据存储区,即DATA区。 DATA虽然占据了硬盘的绝大部分空间,但没有了前面的各部分,对于我们来说,没有任何意义。

  2 数据恢复技术的原理

  文件之所以能被恢复,须从文件在硬盘上的数据结构和文件的储存原理谈起。

  在文件删除与恢复中,起重要作用的是“文件分配表”和“目录区”,为安全起见,系统通常会存放两份相同的FAT;而目录区中的信息则定位了文件数据在磁盘中的具体保存位置—记录了文件的起始单元(这是最重要的)、文件属性、文件大小等。

  在定位文件时,操作系统会根据目录区中记录的起始单元,并结合文件分配表区知晓文件在磁盘中的具体位置和大小。

  人们平常所做的删除,只是让系统修改了文件分配表中的前两个代码(相当于作了“已删除”标记),同时将文件所占簇号在文件分配表中的记录清零,以释放该文件所占空间。因此,文件被删除后硬盘剩余空间就增加了;而文件的真实内容仍保存在数据区,须等写入新数据时才被新内容覆盖,在覆盖之前原数据是不会消失的。那样,在VC环境下,根据早已经知道的文件的起始簇和文件占用簇的大小,再根据簇链表就可以完成文件数据的恢复了。

  3 硬盘的数据恢复

  数据恢复可以分为纯软件的恢复和软硬件结合的恢复。软硬件结合的方法需要一定的硬件支持,对于大多数管理员来说是不现实的。故本文主要讨论纯软件恢复。

  3.1 误格式化硬盘数据的恢复

  在DOS高版本状态下,格式化操作format在缺省状态下都建立了用于恢复格式化的磁盘信息,实际上是把磁盘的DOS引导扇区,FAT分区表及目录表的所有内容复制到了磁盘的最后几个扇区中(因为后面的扇区很少使用),而数据区中的内容根本没有改变。在DOS时代有一个非常不错的工具UnFormat,可以恢复由Format命令清除的磁盘。如果用户是在DOS下使用Format命令误格式化了某个分区的话,可以使用此命令试试。不过UnFormat只能恢复本地硬盘和软件驱动器,而不能恢复网络驱动器。UnFormat命令除了上面的反格式化功能,还能重新修复和建立硬盘驱动器上的损坏分区表。

  但目前,再使用UnFormat来恢复格式化后分区的方法已经有点过时了,可以使用多种恢复软件来进行数据恢复,比如使用Easyrecovery 6.0和Finaldata2.0等恢复软件均可以方便地进行数据恢复工作。另外DOS还提供了一个miror命令用于记录当前的磁盘的信息,供格式化或删除之后的恢复使用,此方法也比较有效。
  3.2 零磁道损坏时的数据恢复

  硬盘的主引导记录区(MBR)在零磁道上。MBR位于硬盘的零磁道零柱面一扇区,其中存放着硬盘主引导程序和硬盘分区表。在总共512字节的硬盘主引导记录扇区中,446字节属于硬盘主引导程序,64字节属于硬盘分区表(DPT),两个字节(55 AA)属于分区结束标志。零磁道一旦受损,将使硬盘的主引导程序和分区表信息遭到严重破坏,从而导致硬盘无法引导。零磁道损坏判断:系统自检能通过,但启动时,分区丢失或者C盘目录丢失,硬盘出现有规律的“咯吱……咯吱”的寻道声,运行SCANDISK扫描C盘,在第一簇出现一个红色的“B”,或者Fdisk找不到硬盘、DM死在零磁道上,此种情况即为零磁道损坏。


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