数据恢复技术概述-文档资料

1数据恢复技术概述21.1数据存储技术总论信息时代的核心无疑是信息技术，而信息技术的核心则在于信息的处理与存储。随着数据量的剧增，数据存储技术已经面临着巨大的挑战。当我们每天关注CPU主频的不断提高，操作系统版本的不断升级和计算机网络技术的日新月异的时候，或许不应该忽略一个这样的事实，即无论信息处理技术多么的先进，我们都必须将信息存储于一定的介质之上，信息和信息技术本省都需要依托一定的存储介质而存在。3由于越来越多的信息成了电子信息，信息存储技术显得更加重要，特别是计算机网络应用的迅速增长更大大增加了对信息存储产品的需求量和对信息存储技术的安全性、可靠性的要求。根据3M公司对800名网络计算机用户的调查发现，每次硬盘的失效将造成5天以上的无效工作日。而在一个典型的商业应用中，重建1000MB数据平均要耗时3.5个月，费用为95000美元。由此可见，信息存储的安全对最终用户来说是何等重要。1.1数据存储技术总论41.1.1数据存储介质凡是仅有两种稳定的物理状态，能反便地检测出哪种稳定状态，两种稳定状态又容易相互转换的物质或元器件，都可以用来存储二进制代码“0”和“1”，这样的物质或元器件被称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。5信息存储技术在近几年的发展非常迅速，各种新产品、新技术层出不穷，但从总体上看它们呈现出一种类似金字塔的结构，其中塔尖为CPU，距离CPU越近则存储速度越快、每兆字节的存储成本越昂贵，容量也越小；反之则存储速度越慢、每兆字节的存储成本越低，容量也越大。6计算机的存储设备从体系结构上看可分为内存储器和外存储器。内存储器（即内存）直接与计算机的CPU相连，处于金字塔的最上层。它的存取速度要求能与CPU相匹配，通常由半导体存储器芯片组成，由于成本高，容量通常不太大。而对于大量数据的保存通常要使用外存储器。外存储器又可以分成几个层次。7与内存储器相连接的是联机存储器（或称在线存储器），如硬磁盘机、磁盘阵列等。再下一层是后援存储器（或称近线存储器），它由存取速度比硬盘更慢的光盘机、光盘库、磁带库等设备组成。最底层是脱机存储器（或称离线存储器），由磁带机和磁带库等组成仓库。它的存取速度比较慢，仅是秒数量级，由于存储介质可脱机保存，可以更换，因此容量几乎是无限大。其层次关系如图1-1所示。8图1-1存储金字塔结构9对于普通的个人电脑用户，使用硬盘、软盘和光盘等存储介质来进行数据存储就已经够用了，但对于商业用户和一些网络系统来说，磁带机、磁带库和光盘库则是必不可少的数据存储与备份设备，现在还有正在飞速发展的存储网络，提供更为方便的数据保存方式。下面我们先通过不同的存储介质来看一看当今市场上流行的主机信息存储技术，按其存储原理可以分为电存储技术，如内存、闪存等；磁存储技术，如磁带、磁盘等；光存储技术，如光盘、DVD等。101.1.1.1电存储技术电存储技术主要是指半导体存储器SCM（SemiconductorMemory）。早期的SCM采用典型的晶体管触发器作为存储位元，加上选择、读写等电路构成存储器。现代的SCM采用超大规模集成电路工艺制成存储芯片，每个芯片中包含相当数量的存储位元，再由若干芯片构成存储器。111.1.1.2磁存储技术磁存储，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作基体，在其表面涂敷、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”。基体和磁层合称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称为磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器和磁盘存储器。计算机中目前广泛使用的MSM是磁盘和磁带存储器。12MSM通过磁记录介质作高速旋转或平移，借助于软磁材料制作的磁头实现读写，由于是机械运动方式，所以存取速度远低于SCM，为ms级。MSM的存储位元是磁层上非常小的磁化区域，可以小至20μm2，所以存储容量可以很大，与SCM相比，每位价格低得多，因此广泛用作辅存。13磁盘技术包括磁性盘片、电机、盘上方的伸缩臂以及伸缩臂（手柄）上的磁头。电机带动磁盘旋转，伸缩臂在盘上移动，磁头进行读盘或写盘操作。读盘时，磁头检测盘表面磁性的变化，将其转化为0或1的数据组。写盘时，通过磁头改变盘上数据的磁性，如正、负极分别与0和1相对应。14在外存储器中，硬盘存储的存取速度最快，因此它最适合于存储那些需要经常访问的和需要快速访问的程序和文件。对于个人用户来说，硬盘是最主要的存储设备，计算机的操作系统、应用程序和重要的数据资料都存储在硬盘之中，因此要求硬盘的容量尽可能的大，速度越快越好；对于专业用户来说，由于数据丢失将会给他们带来非常大的损失，所以他们除了要求更高的速度、更大的容量之外，对硬盘的容错能力和安全性也有很高的要求。市场的需求就是未来技术的发展方向，硬盘技术的发展方向正是向着高容量、高速度和高可靠性的方向发展。15早期的硬盘仅有几十兆，而且价格昂贵。在几年前，一台家用PC的标准配置还是420MB或1GB的硬盘。现在，100G、200G以上的硬盘都已经大量进入寻常百姓家。能够产生如此大的飞跃主要得益于硬盘的面存储密度的不断提高，现在90mm（3.5英寸）的商品盘单片容量已达20GB或更高，130mm（5.25英寸）的单片容量达到40GB或更高。16在硬盘的速度即数据传输率方面，由于市场上的硬盘都带有高速缓存，盘面读出的数据先被送到缓存，再从缓存送到主机内存中，所以目前主要由这两个环节来决定硬盘的速度。从盘面到缓存的内部传输率等于位存储密度乘以盘面的线速度。因此在存储密度一定的情况下，提高硬盘转速可以进一步提高内部传输率。现在主流硬盘的转速都已达到了7200r/min，较高的已经达到10000r/min以上。由于硬盘是一种机电设备，它的转速受到机械结构的制约，因此除非有大的技术变革，否则硬盘转速的提高将会越来越困难。从缓存到主机内存的外部传输率则与硬盘所采用的外部接口标准有关。17磁带存储可以说是最古老的存储方式之一。从1952年第一台13mm（0.5英寸）磁带机在IBM公司问世以来，它已经走过了50多年的历史，积累了大量的使用经验和可靠性数据。磁带存储是一种安全的、可靠的、易用的、效费高的数据备份方法。因为磁带可以从驱动器上取出，因此可以实现非现场方式的保存或存放过去版本的数据。磁带存储系统大都易于操作，甚至可以作成无人值守的数据备份和磁带管理。磁带的速度虽然比硬盘和光盘要慢，但它也能在相对短的时间内（如一个晚上）备份需要的数据。由于磁带的可靠性很高（实践证明，一盘磁带上的数据可以保存30年以上），而且容量大（以目前的存储技术，一盘磁带压缩后存储容量可达70GB,磁带库则可扩展到几十TB的水平），所以它是当之无愧的大容量数据备份的首选存储介质。181.1.1.3光存储技术光盘存储器ODM（OpticalDiskMemory）和MSM类似，也是将用于记录的薄层涂敷在基体上构成记录介质。不同的是基体的圆形薄片由热传导率很小，耐热性很强的有机玻璃制成。在记录薄层的表面再涂敷或沉积保护薄层，以保护记录面。记录薄层有非磁性材料和磁性材料两种，前者构成光盘介质，后者构成磁光盘介质。ODM是目前辅存中记录密度最高的存储器，存储位元区域可小至1μm2，存储容量很大且盘片易于更换。缺点是存储速度比硬盘低一个数量级。现已生产出与硬盘速度相近的ODM，不久会成为重要的辅存。19目前我们所能接触的光存储设备有：CD-ROM、CD-R、CD-RW、MO、DVD-ROM、DVD+RW、DVD-RW、DVD-RAM以及COMBO等。CD-ROM为只读光盘，多用于产品发布和电子出版领域；CD-R允许用户自己写CD，但只能写一次，可以无限次读，而且与CD-ROM兼容；CD-RW为可多次读写光盘，它采用CD-R的格式，因此可以与CD-R的刻录机通用；MO是永磁光盘，可以重复读写，具有很高的可靠性和耐久性，数据保存可长达100年。相应的DVD产品可以视为CD的后代。此外，多台光盘机组合在一起有3种结构：光盘库、光盘塔和光盘阵列。它们都是大型的信息存储设备，一般应用在大、中型的网络系统和档案管理系统中。20在所有光存储设备中，最基本的产品是CD。CD是CompactDisc的简称，直译就是小型、紧凑的盘片。其外径为120mm，厚度1.2mm，如图1-2所示。21图1-2光盘结构22CD由光轨（Track）组成。光轨，是光碟上一种资料记录的单位。光盘上储存的信息资料按一定规则排列，其形状像一条条“轨道”，称为“光轨”。光轨由内至外呈螺旋线形状。数据光盘内从目录（TOC，TableofContents）开始记录起始地址的多个连续的逻辑扇区为一轨，而音频光盘内一首歌曲对应一条光轨，因此，一张光盘中有许多条光轨。光盘的光轨最多可达99条，如图1-3所示。23图1-3光盘光轨24光轨由一系列记录信息位的信息坑（pit）与岸（land）组成。其中，光轨上凹陷下去的部分称为信息“坑”（pit），没有凹陷的部分称为“岸”（land），又称“陆地”。“坑”和“岸”都是记录的信息，如图1-4所示。25图1-4光盘信息位26光道上凹凸交界的跳变沿均代表数字“1”，两个边缘之间代表数字“0”。“0”的个数是由边缘之间的长度决定的。信息读取时，CD机的激光头发出一束激光照到CD盘的数据面并拾取由凹痕反射回来的光信号，由此判别记录的是“1”或“0”（图1-5）27图1-5CD盘的读出原理28普通光盘凹痕宽约0.5μm，凹痕最小长度约0.83μm，光道间距约1.6μm。每张光盘大约包含8亿个凹痕，可容纳高达680MByte的数据量，因此光盘的容量很大。29不同光盘其记录密度是不一样的，如图1-6所示。图1-6CD光盘坑纹DVD光盘坑纹DVD-R光盘坑纹30CD-R预先在盘片内压制有螺旋线形状的沟槽（Groove），称为“预刻槽”，代替光学轨道的“坑”。刻录时，CD-R盘片的沟槽内有机染料在激光照射下，形成气泡，这便是“岸”（land）。气泡一旦形成，就不能恢复原状，因此，CD-R只能一次写入。31光盘提供了存储和发布大文件的一个非常耐久的方法。与音频CD相似,光盘驱动器利用低能量的激光在光盘表面上读取微小的变化。因为信息记录在盘面上，所以光盘容易损坏。光盘的存储容量比软盘大(为650MB)，存储费用比硬盘低，但光盘的访问时间要比硬盘慢2～6倍。光盘的这些特点使其非常适合于存储那些大容量的，用硬盘存储费用太高，可以离线操作的数据。32光盘存储一般应用在以下几个方面：电子出版物：作为信息时代的标志之一，电子出版物正在逐渐改变传统的出版行业，而它的存储介质正是光盘。一本厚厚的字典可以被浓缩在一张薄薄的光盘之中，一部精彩的故事片可以用一张DVD所收藏，这些变化无不加快了信息的传播，作为存储介质的光盘当然也功不可没。电子图像管理：用计算机处理的图像、照片，其存储容量一般很大，可以使用光盘将它们存入计算机系统的在线存储器中。光盘存储同时也非常适合于存储工程图档(如CAD图)、测绘图(如地图)和医学文档等。档案管理：这是指数据永久性的存储。这些数据并不经常被访问，但必须保留。如某公司的一个未被采纳的产品设计说明，因为以后可能需要使用。备份管理：为防止文件丢失或被破坏经常需要对系统和用户文件进行复制。光盘系统的容量大，而且可能包括一个自动转换器，因此对光盘系统的复制能节省操作员加载介质的费用。331.2数据恢复技术总论1.2.1数据的内涵这里我们所说的数据，只指计算机数据，后面不再专门指出。“数据”是一个广泛的概念，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。341.2.2数据恢复的定义简单地说，数据恢复就是把遭受破坏、或由硬件缺陷导致不可访问或不