数据存储原理与恢复技术总结

数据存储原理与恢复技术总结

随着科学技术的发展，有些数据对我们越来越重要,但是存储在计算机上的数据并不像我们想象中的那么安全，任何的误操作、黑客入侵、计算机病毒，以及各种软、硬件等天灾人祸都在时刻威胁着数据文件的安全。在当今这样一个信息和网络化的社会里，计算机正在我们的工作和生活中扮演着日益重要的角色。越来越多的企业、商家、政府机关和个人通过计算机来获取信息、处理信息，同时将自己最重要的信息以数据文件的形式保存在计算机中。任何的误格式化、误分区、误操作、误删除、病毒感染、黑客入侵以及部分硬件的损坏都有可能导致数据丢失。一旦这些数据丢失，将会带来很严重的后果。因此，数据恢复就显得日益重要！

数据恢复分为两类:物理类数据恢复和逻辑类数据恢复。其中物理类数据恢复是指在硬盘损坏的情况下通过将硬盘修复而找回原来存储在硬盘中的数据。硬盘损坏可以分为三种①磁头损坏,通电时磁头会发出声响。②盘片损坏,需要用专门的工具读取硬盘上的数据。③电路板损坏,包括电子线路板中部分线路短路或断路以及BIOS芯片和某些程序代码损坏等等,导致硬盘在通电后盘片不能正常起转，或者起转后磁头不能正确寻道等。此时只要更换同型号电路板的电路板即可修复。逻辑类数据恢复是指不涉及硬件修理的数据恢复操作，其故障可能是由于病毒感染、误格式化、误分区、误操作、误删除、操作时断电等原因造成的。此种数据恢复可以通过手工恢复也可以利用相应的数据恢复软件进行恢复。

常用存储介质有三种:磁存储包括硬盘、软盘、磁带,电存储包括U盘、存储卡、固态硬盘、内存条,光存储包括光盘。

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存与主机之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与主机之间的连接速度，在整个系统中硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。硬盘的接口类型有IDE 、SCSI、SATA、光纤通道四种。

IDE，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。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自问世以来,一直以其廉价、稳定性好、标准化程度高等特点，为其造就了其它类型的硬盘无法取代的地位。

SCSI即小型计算机系统接口，SCSI是与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，是一种专门为小型机算计系统设计的存储单元接口模式,通常用于中、高端服务器和高档工作站中。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽很宽、CPU占用率低、并行处理能力强，以及热插拔等优点。

SATA接口的硬盘又叫串口硬盘是未来PC机硬盘的趋势。SATA采用串行连接方式传送数据一次只会传送一位数据,这样减少了SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目减少,效率更高。SATA使用四支针脚分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，这样的架构既降低了系统能耗又减小了系统复杂性。SATA 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。

光纤通道与SCIS接口一样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。光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通信等系统对高数据传输率的要求。

MBR,即主引导记录区,位于整个磁盘的0磁道0柱面1扇区。在总共512字节的主引导扇区中,MBR的引导程序占用其中的前446个字节,偏移00～1BDH。随后的64个字节为DPT,即硬盘分区表,偏移1BE～1FDH。最后的两个字节“55 AA”是分区有效结束标识,偏移1FE～1FFH。由它们共同组成硬盘主引导记录,也称主引导扇区。

对于FAT文件系统,硬盘上的数据按照其不同的特点和作用可分为5部

分:MBR区、DBR区、FAT区、FDT区、DATA区。DBR是操作系统引导记录区,是操作系统可以直接访问的第一个扇区,它包括一个引导程序和一个被称为BPB的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是：当MBR将系统控制权交给它时,判断本分区根目录前两个文件是不是操作系统的引导文件。文件分配表FAT用于记录磁盘空间的分配情况，指示硬盘数据信息存放的柱面及扇区的信息指针。文件根目录表FDT用于记录磁盘上存储文件的大小，位置，日期和时间等数据。其MBR 一般占用63个扇区(实际只占用一个扇区),DBR占用32个扇区(实际只占用第1和第6两个扇区),FAT的长度为变长,随分区大小、每簇扇区数的变化而变化。

文件存储时先在根目录区,即文件目录表FDT中存储每一个文件的起始单元和文件属性,然后再在文件分配表FAT中记录文件所占用的簇号和空间,最后才在DATA区中存入文件数据。文件读取时的顺序恰好相反,先读取DATA中的文件数据,然后读取文件所占用的簇号,最后读取文件的属性。

误删除后FDT文件目录项第一个字节变为”E5“表示该文件在磁盘中不受保护。文件分配表FAT区中记录文件所占用的簇号情况保持不变,DATA区中的数据也保持不变。

误格式化后FDT中记录的文件属性和文件的起始单元都被删除,FAT区中记录的文件所占用簇的情况也被清除,但是DATA区中的数据保持不变。

NTFS文件系统使用“卷”来表示一个逻辑磁盘。卷可以是一个基本分区,一个扩展分区中的逻辑磁盘,或者是一个被视为非DOS分区饿磁盘上的一部分空间。NTFS利用B-Tree文件管理方法来跟踪文件在磁盘上的位置,这种技术比在FAT文件系统中使用的链接表技术具备更多的优越性。NTFS中文件名是顺序存放的,因而查找速度更快。NTFS使用“簇”作为最小的分配单位,簇的大小也称为簇因子,由NTFS格式化程序确定。NTFS中有一个被称为主文件表(MFT)的文件,卷中的每一个文件都在这个文件表中占有一行,MFT文件本身也在这个文件表中有相应的条目。由于MFT文件本身的重要性,为确保文件系统结构的可靠,系统专门为它的起始部分记录准备了一个镜像文。NTFS卷上的每一个文件都有一个与之相关的64位标识符,这个文件标识被称为文件参考号,该号由两部分组成,一个是文件号,一个是顺序号。NTFS共分为四个区域:分区引导扇区、主文件表区、系统文件区、文件区域,主文件表的建立是通过高级格式化该分区来完成的。