数据恢复基础知识

数据存储与恢复技术一、数据恢复基础知识一、数据恢复的概念与研究范围1、数据：不仅包括计算机文件系统或数据库系统中存储的各种数据、正文、图形、图像、声音等形式的多媒体数据文件、软件或各种文档资料，也包括存放或管理这些信息的硬件信息，如计算机硬件及其网络地址、网络结构、网络服务等。2、数据恢复：数据恢复就是把遭受破坏、这种破坏可能是由硬件缺陷导致不可访问或不可获得、或由于误操作等各种原因导致丢失的数据还原成正常数据。注：数据恢复不同于数据备份，不是所有的情况都可以恢复3、数据丢失的原因：造成数据丢失的原因有很多，包括软硬件故障、异常断电、死机、病毒破坏、黑客入侵、误操作、磁盘阵列损坏、口令丢失、文件结构损坏等，均属于数据修复的范畴。数据灾难分类1、逻辑问题：存储介质硬件本身没有问题，由于逻辑节点出现错误导致的数据不可访问，相应的数据恢复称为“逻辑恢复”。如误删除、误格式化等。2、物理问题：存储介质硬件损坏或失效造成的数据丢失，相应的数据恢复称为：“物理恢复”几种数据丢失的现象1、不能进入系统2、磁盘出现坏道3、分区丢失4、文件丢失5、密码丢失6、文档无法打开或打开后是乱码数据存储技术1、数据存储介质：仅有两种稳定的物理状态，能方便的检测出属于哪种稳定状态，两种稳定状态又容易相互转换的物质或元器件，都可以用来记忆二进制代码“0”和“1”，称这样的物质或元器件为存储介质或记录介质。存储介质不同，存储信息的机理也不同。2、存储技术的分类（1）、电存储技术电存储技术主要指半导体存储器SCM（SemiconductorMemory)。常见的存储介质包括内存、闪存等（2）、磁存储技术磁存储技术主要指磁表面存储器MSM(MagneticSurfaceMemory)磁表面存储器是用非磁性金属或塑料做基体，在其表涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态记录信息“0”和“1”。基体和磁层和称为磁记录介质。长见存储介质如：硬盘、软盘、磁带等。（3）、光存储技术光盘存储器是目前辅存中记录密度最高的存储器.常见的光存储设备有：CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RW等二、磁盘结构一、磁盘物理结构（1）、接口：接口包括电源接口和数据接口两部分（2）、控制电路板：采用贴片式焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动伺服电路、读写电路、控制与接口电路等。（3）、固定面板：硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。磁盘外部结构图示硬盘的数据接口根据联接方式的差异，分为EIDE接口、SCSI接口和SATA串口。EIDE接口多用在桌面硬盘，经常听说的40针、80芯的接口电缆指的就是这类数据线IDE磁盘接口示意图有些硬盘的电路板上会附加有一层保护层，使用海绵或金属板SATAIDE硬盘与SATA硬盘数据线对比SATA硬盘采用串行传输，每次传输数据为一位，有效避免了信号的串扰问题。从而可以在理论上无限提高串行传输的工作频率。采用了比并行接口更低的电压标准，减小能耗。采用点对点协议，不存在并行ATA的主/从问题，省去了跳线设置工作。SCSI硬盘具有更高的数据传输速率。更低的CPU占用率。运转稳定SCSI硬盘外观及接口SCSI硬盘的背面板磁盘内部结构（1）磁头组件：这是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、转动手臂、转动轴三部分组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，采用非接触式头、盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3μm，这样可以获得很好的数据传输率。磁头及其附件结构（2）磁头驱动机构：用于实现磁头的移动来完成硬盘的寻道。（3）主轴组件：包括主轴部件如轴承和驱动电机等。（4）前置控制电路：用于控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。（5）磁盘片：硬盘存储数据的载体。磁盘内部结构图示目前，微机上安装的硬盘几乎都是采用温彻斯特（Winchester）技术制造的硬盘，这种硬盘也被称为温盘。这种结构的特点为：（1）磁头、盘片及运动机构密封在盘体内；（2）磁头在启动、停止时与盘片接触，而在工作时因盘片高速旋转，从而带动磁头“悬浮”在盘片上面呈飞行状态（空气动力学原理），这个“悬浮”的高度约为0.1微米～0.3微米，这个高度是非常小的。磁头高度对比图SCSI硬盘内部结构硬盘的寻道每个盘片的每个面都有一个读写磁头，与磁头接触的表面靠近主轴，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区，启停区外就是数据区。在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，而硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。盘片区域分配示意图磁头的拆卸与安装1、首先卸掉背面电路版上的所有螺丝，拆下电路版拆下电路版后我们看到背面有两颗螺丝，此螺丝是固定磁头的，暂时不要动。2、揭开标签，卸掉硬盘正面版上的螺丝。3、揭开正面版4、卸掉上面的强力磁铁5、卸掉硬盘背面的2颗螺丝与前置控制电路的固定螺丝后磁头即可取下拆下的磁头与空硬盘重新安装磁头二、磁盘逻辑结构1、磁头（Head）:硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成的。硬盘“磁面”的概念与软盘类似，它是指一个盘片的两个面，每个盘片有上下两个磁面。在硬盘中，一个磁面对应一个读写磁头，所以，一般来说在对硬盘进行读写操作时，不再称磁面0、磁面1、磁面2，而是称磁头0、磁头1、磁头2。2、磁道（Track）：磁盘在格式化时会划分成许多同心圆，其同心圆轨迹称为磁道。3、柱面(Cylinder):由于硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成，每个盘片的每个面都被划分成不同半径的同心圆磁道，整个盘体中所有磁面的半径相同的同心磁道就称为“柱面”。4、扇区(Sector):如果将每一个磁道视为一个圆环，再把该圆环等分成若干个扇形小区，该等分的小区就是磁盘存取数据的最基本的单位“扇区”。磁盘的“磁头”与“柱面”编号从0计起，而“扇区”则从1计起。磁盘组织结构硬盘在存储数据之前，一般需经过低级格式化、分区、高级格式化这三个步骤之后才能使用。其作用是在物理硬盘上建立一定的数据逻辑结构。低级格式化的主要功能：它的作用是检测硬盘磁介质，划分磁道，为每个磁道划分扇区，并根据用户选定的交叉因子安排扇区在磁道中的排列顺序等。分区的作用一块硬盘，就是所有容量都划分给一个分区，也要显式的进行这个操作来指定。所以，对硬盘做完低级格式化后，必须进行分区操作，通过分区来完成主引导记录的写入。也正是这个原因，很多独立发行的低级格式化软件，也同时是一个分区软件，可以完成硬盘分区功能。基本分区与扩展分区1、基本分区：基本分区（主分区）是物理磁盘中可以被标记为激活，并且被系统用来启动计算机的磁盘分区。每块物理磁盘最多可以有4个基本分区。2、扩展分区：扩展分区是为了突破一个硬盘上只能有4个分区的限制而制定的，一个硬盘只能有一个扩展分区。卷集的概念卷集是将一个或多个物理硬盘上的未格式化的自由空间组合成一个逻辑卷，做为一个整体来访问，为其分配一个盘符，就像一个单独的分区一样来格式化和存储数据。磁盘分区结构1、硬盘分区由五部分构成（FAT文件系统）：（1）、MBR－主引导记录（MainBootRecord）（2）、DBR－系统引导记录（DosBootRecord）（3）、FAT－文件分配表（FileAllocationTable）（4）、FDT－文件目录表（FileDirectoryTable）（5）、DATA－数据区MBR称为硬盘主引导记录，它是由FDISK建立在柱面0、磁头0，扇区1的磁盘引导记录数据区，它不属于任何操作系统。用于硬盘启动时将系统控制权转给用户指定的，并在分区表中登记了的某个操作系统区。一个物理硬盘只有一个MBR。DBR是经由FORMAT高级格式化写到磁盘逻辑0扇区上的，主要功能是完成DOS系统的自举。硬盘上的每一个逻辑磁盘都有自己的DBR。DBR中记录了本分区的扇区总数、FAT表个数等信息。FDT表和FAT表是FAT文件系统组织结构的两个组成部分，FDT中记录了文件的名字、起始地址等信息，FAT记录了文件在磁盘上的具体位置。系统就是通过这两个表上的文件簇链关系来存取文件的。硬盘分区结构示意图2、BootSector简介BootSector也就是硬盘的第一个扇区，它由MBR(MasterBootRecord)，DPT(DiskPartitionTable)和BootRecordID三部分组成。主引导记录MBR占用BootSector的前446个字节(0to0x1BD)，存放系统主引导程序(它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序)。DPT即主分区表占用64个字节(0x1BEto0x1FD)，记录了磁盘的基本分区信息，主分区表分为四个分区项，每项16字节，分别记录了每个主分区的信息(因此最多可以有四个主分区)。BootRecordID即引导区标记占用两个字节(0x1FEand0x1FF)，对于合法引导区，它等于0xAA55，这是判别引导区是否合法的标志。BOOTSECTOR的具体结构如下图所示BootSector图示3、分区表结构分区表由四个分区项构成，每一项长度为16个字节，分区表结构如下图所示：4.硬盘分区类型00未使用分区项01DOS12一种fat表为12位的分区主要用于早期小硬盘和部分软盘05EXTEND扩展分区的一种06BIGDOS即FAT16分区分区表为16位，每簇最大为32K，最大分区为2G07NTFS分区0BFAT32分区分区表为32位0CFAT32X分区与FAT32基本相同0EBIGDOSX即FAT16分区扩展分区表为16位，每簇最大可以超过32K0FEXTENDX扩展分区的一种82Linux主分区83Linux交换分区DBR（63扇）示意图FATFDT由于MBR中的主分区表项中最多只能记录4个分区的信息，因此我们的分区表采用的是链式结构进行标注，一般每个逻辑分区记录两个分区表项，一项标注本逻辑分区的信息，第二项标注下一个扩展分区的信息，如此链接下去直至最后一个分区。具体如图所示：NTFS文件系统结构NTFS是新技术文件系统（NewTechnologyFileSystem),与FAT文件系统相比NTFS具有许多新的特性，比如容错性、安全性、文件压缩和磁盘配额等。相对于FAT，NTFS所具有的特性：①容错性：NTFS可以自动修复磁盘错误而不会显示出错误信息。②安全性：NTFS有许多安全性能方面的选项，可以在本机上和通过远程的方法保护文件、目录，可以组织未经授权的用户访问文件。③通过EFS加密提高数据安全性④文件压缩：NTFS文件系统支持文件压缩功能，可以压缩单个文件或整个文件夹。⑤磁盘限额：所谓磁盘限额就是管理员可以对本域中的每个用户进行磁盘使用空间的限制。NTFS的分区结构①NTFS文件系统中文件同样是按簇进行分配②NTFS文件系统并不去关心什么是扇区，也不会关心扇区有多大③文件通过主文件表MFT确定文件在磁盘上的存储位置，NTFS卷中的每一个文件都有自己的一个唯一标识，称为文件引用号。NTFSF分区结构示意图MFT元数据存储在卷上支持文件系统管理的数据。只为系统服务，不能被应用程序访问。不管簇的大小是多少，MFT中的记录大小一般是固定的，占用1k空间。这些记录从零开始编号。MFT仅供系统本身进行文件管理使用（MFT本身也是元数据）。在MFT的前16条记录是非常重要的操作系统使用的元数据文件，这些元数据文件的名字都是以“$”开头，是系统管理卷不可缺少的。NTFS中的前10个元文件①$MFT:$MFT中的第一条记录即是$MFT自身。②$MFTMirr:由于MFT自身的重要性，系统专门为它的起始部分建立的镜像文件。③$LogFile:该文件是NTFS为实现可恢复性和安全性而设计的。NTFS会在系统运行时将所有影响NTFS卷结构的操作记录在日志文件中，以便在系统失败时恢复NTFS卷。④$Volume(卷文件）：其中包含NTFS版本、卷名等