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数据恢复技术课件


数据存储及恢复原理与应用

王伟林 wangwl@njcit.edu.cn

有无必要专门学习这门技术

? 没必要? ? 有必要 !

数据恢复的分类
? 物理类数据恢复 ? 逻辑类数据恢复

本课程内容: 原理: 介绍存储介质、硬盘接口

区表
文件系统 RAID技术 操作: 虚拟存储软件

WINHEX软件
常用数据恢复软件应用

存储介质: 磁存储:硬盘,软盘,磁带 电存储:U盘,存储卡,固态硬盘,内存条 光存储:光盘 固态硬盘(Solid State Disk或Solid State Drive):也称 作电子硬盘或者固态电子盘,是由控制单元和固态存储单元 (DRAM或FLASH芯片)组成的硬盘。固态硬盘的接口规范和定 义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同,在产品外形和尺寸 上也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质, 因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽(-40~85℃)。 目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网 络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。目前由于成 本较高,正在逐渐普及到DIY市场。新一代的固态硬盘普遍采 用SATA-2接口。

固态硬盘:

普通硬盘:

普通硬盘内部结构

磁头组件。这个组件是硬盘中最精密的部位之一,它由读写磁头、传动手臂、 传动轴三部分组成。

硬盘的接口: IDE:(Integrated Drive Electronics),即“电子集成驱动 器”,它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起 的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘 接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘 制造起来变得更容易,因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的 硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言,硬盘安 装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断 发展,性能也不断的提高,其拥有的价格低廉、兼容性强的特 点,为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

SCSI:(Small Computer System Interface)(小型计算机系统 接口),是同IDE(ATA)完全不同的接口,IDE接口是普通PC的标 准接口,而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口,是一种广泛应用 于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多 任务、带宽大、CPU占用率低,以及热插拔等优点,但较高的价格 使得它很难如IDE硬盘般普及,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端 服务器和高档工作站中。

SATA:(Serial ATA)接口的硬盘又叫串口硬盘,Serial ATA 采用串行连接方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了 更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令 (不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在 很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简 单、支持热插拔的优点。

不再使用4针的“D形”电源接口,改用新式的易于插拔的15针 接口代替。S-ATA采用点对点连接方式,因此每个S-ATA线缆 (或通道)只能连接一块硬盘,相应的也就不必像并行硬盘那 样设置主、从跳线。

光纤通道(Fibre Channel):和SCIS接口一样光纤通道最初也不 是为硬盘设计开发的接口技术,是专门为网络系统设计的,但随着 存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘 是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的,它的出现大大 提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有:热插拔性、 高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。

硬盘坏
? 磁头—通电响 ? 盘片—用专门的工具读数据 ? 电路板—更换同型号电路板 BIOS芯片 固件—用PC3000恢复

硬盘数据地址定位参数:
C/H/S:三维地址结构: ? 柱面(磁道):C(Cylinder) ? 磁头(盘面):H(Head) ? 扇区 :S(Sector) L/B/A(Logic Block Address):线性地址, 只有“扇区”这一个地址。

MBR:(Mater Boot Record)主引导记录 (存放在第一个扇区里)—由分区软件创 建。 引导代码:(00-1BDH) 分区表:(64bytes,1BE—1FDH) DPT(Disk Partition Table)

结束标志:55AA

引导代码的恢复:
? 复制其他硬盘的引导代码(挂坏盘) ? 用DOS引导盘,进入DOS,输入命令: FDISK/MBR。 ? 进入windows磁盘管理,挂盘,“初始化”磁盘, 再将以前备份的“分区表”复制,粘贴进来。

分区表项的含义:
第1字节:00H:分区活动标志,80表示被激活,00表示未激活。 第2字节:01H:本分区开始磁头号(H) 第3字节:02H:本分区开始扇区号(S) 第4字节:03H:本分区开始柱面号(C) 第5字节:04H:分区类型(微软:FAT12: 01H FAT16: 04H(分区小于32M) 06H(分区大于32M) FAT32: 0BH或0CH NTFS: 07H 扩展分区:05H或0FH 第6字节:05H: 本分区结束磁头号 第7字节:06H: 本分区结束扇区号 第8字节:07H: 本分区结束柱面 第9-12字节:08-0BH: 本分区开始扇区号(LBA地址) (本分区之前使用的扇区数目) 第13-16字节:0CH-0FH: 本分区大小(单位:扇区)

分区表
扩展分区:扩展引导记录
( EBR:Extended Boot Record ) 主扩展分区 子扩展分区

结束标志(55AA)

C盘分区表 表项1 表项2 表项3 表项4 定义C盘 描述剩余空间 未用 未用

D盘分区表 定义D盘 EBR 未用 未用

E盘分区表 定义E盘 EBR 未用 未用

F盘分区表 定义F盘 未用 未用 未用

文件系统:FAT12,16,32;NTFS(微软) OS: FS: DOS3.0之前 FAT12 DOS3.0-6.22 FAT12,16 Win3.x FAT12,16 win95OSR2之前 FAT12,16 win95OSR2之后 FAT12,16,32 win98、SE、winme FAT12,16,32 Winnt3.51之前 FAT12,16,32 Winnt3.51-4.0 FAT12,16,32, NTFS Win2000 FAT12,16,32,NTFS Winxp,win2003 FAT12,16,32, NTFS vista FAT12,16,32, NTFS

DBR:DOS引导记录 FAT:文件分配表 FDT:文件目录表。 簇:是文件管理的最小单元,第一个簇的簇 号为2。 1簇=2n 扇区 FAT12,16:
DBR (占1-8扇区) FAT1 FAT2 FDT(占32扇区) DATA

FAT32:
DBR (占32-38扇区) FAT1 FAT2 DATA

簇大小:(默认数值)
分区大小 <512 M 512M—1G 1G—2G >2G 簇/扇区 1 2 4 8

跳转指令 :EB OEM DBR BPB参数(Bios parameter block)

引导代码
结束标志符:55AA

BPB参数:(大多在63号扇区)
0BH-0CH:每扇区字节数。 0DH:簇大小(每簇扇区数) 0EH—0FH:DBR的保留扇区数。(用于找FAT1表) 10H:FAT表的个数。 11H—12H:FDT最大存放的目录项数。 13H—14H:本分区大小。(小于32M分区)(FAT) 15H:介质描述符(F8:硬盘,F0:软盘) 16H—17H:FAT表大小。(用于找FAT2) 18H—19H:每磁道扇区数。(63)。 1CH—1FH:本分区开始扇区号。 20H—23H:本分区大小。(大于32M的分区)(FAT) 32H—33H:DBR备份所在的扇区(只有FAT32有此功能, 一般在6号扇区)

文件目录项:32Bytes(存放文件名 等文件属性信息。
文件开始簇号所在偏移量(第2 行54,BA) 前11字节:文件名 文件目录项 第12字节::“10”表示文件夹 “20”表示文件 最后4字节:文件所占用的字 节数(文件大小)(文件夹都 是0) 注:FAT32最大的管理分区大小:32G(由微软的系 统限制)

FAT表:以链(指针)方式存放簇号。
3 4 4 8 8 10 10 FF

文件存储/读取步骤: 1、FDT 2、FAT 3、DATA

误删除操作的变化: FDT:“E5” FAT:“00” DATA:不变 格式化操作的变化: FDT:“00” FAT:“00” DATA:不变

NTFS: 格式化后会往分区中写入16个元文件:
$BOOT:占用16个扇区,其中第一个扇区是DBR $ROOT(根目录) $MFT:主文件表,管理文件之用 $MFTMIRR:主文件表的镜像(部分) $LOGFILE:日志 $BITMAP:位图(记录簇的使用情况)
$BOOT

DBR

MFT

MFTMIRR

NTFS的DBR结构:
0B-0CH:每扇区字节数 0DH:簇大小 1C-1FH:本分区开始扇区号(隐藏扇区数) 28-2FH:分区大小(比分区表中的值小1) 30-37H:$MFT的开始簇号 38-3FH:$MFTMIRR的开始簇号 40-43H:每个文件记录包含的簇数

文件记录头的结构: ( $MFT)
00-03H:文件记录的头标志(46494C45/FILE) 14-15H:第一个属性的开始偏移地址 16-17H: “01”表示文件在使用中; “00”表示 文件已经被删除

属性的公共结构:(相对偏移地址) 00-03H:属性类型(用16进制表示) 注:“10H”:标准信息属性 “30H”:文件名属性 “80H”:数据属性 08H:属性是否常驻。 “00”表示常驻 “01”表示非常驻

常驻属性的结构:(相对偏移地址) 10-13H:属性体的大小 14-15H:属性体的开始偏移地址
非常驻属性的结构: 20-21H:属性体RUNLIST的起始地址

例:
31 40 58 92 01 00
所占簇数 开始簇号

误删除操作的变化: MFT: 16-17H由01变为00,表示文件被删除。 DATA:不变
格式化操作的变化: MFT: 清零 DATA:不变

RAID:独立冗余磁盘阵列 (初名:廉价冗余磁盘阵列)
磁盘阵列最小管理单元:块

RAID技术:0 1 2 3 4 5 6 7 (级别)
淘汰技术 常用技术 刚出来 复杂

RAID-0

Stripe
(条带/块)

1
3

2
4

5
7

6
8

9

10

条带模式:提高读写速度

RAID-1

1
2

1
2

3
4

3
4

5

5

镜像模式:提供冗余

RAID-5

1
3

2
P2

P1
4

P3
7
0
0 恢复原理:异或运算 1 1

5
8
0=0
1=1 0=1 1=0

6
P4

软件实现RAID:
Win2000 PRO:RAID-0 SERVER:RAID-0,1,5

XP:RAID-0 Win2003:RAID-1,5


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