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细说数据恢复的原理

Admin | 2009-2-21 10:49:41 | ReadNums | 3197 | 标签 计算机网络安全 | 打印本页
     

  说到数据恢复,我们就不得不提到硬盘的数据结构、文件的存储原理,甚至操作系统的启动流程,这些是你在恢复硬盘数据时必须使用的基本知识。即使你不需要恢复数据,了解这些知识(即使只是稍微多知道一些),对于你平时的电脑操作和应用也是很有帮助的。

  一、硬盘的文件系统结构

 初买来一块硬盘,我们是没有办法使用的,你需要将它分区、格式化,然后再安装上操作系统才可以使用。就拿我们一直沿用到现在的Win9x/Me系列来说,我们一般要将硬盘分成主引导扇区、操作系统引导扇区、FAT表、DIR目录区和Data数据区等五部分。我们通常所说的主引导扇区MBR在一个硬盘中是是唯一的,MBR区的内容只有在硬盘启动时才读取其内容,然后驻留内存。其它几项内容随你的硬盘分区数的多少而异。

  二、主引导扇区(MBR)

  主引导扇区位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区,包括硬盘主引导记录MBR(Main Boot Record)和分区表DPT(Disk Partition Table)。其中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,并在程序结束时把该分区的启动程序(也就是操作系统引导扇区)调入内存加以执行。

  三、分区表(DPT)

  在主引导区中,从地址BE开始,到FD结束为止的64个字节中的内容就是通常所说的分区表。分区表以80H或00H为开始标志,以55AAH为结束标志,每个分区占用16个字节,一个硬盘最多只能分成四个主分区,其中扩展分区也是一个主分区。随着硬盘容量的迅速扩大,引入的扩展分区可以不受四个主分区的限制,把硬盘分区数扩展到“Z”。

  值得一提的是,MBR是由分区程序(例如DOS的Fdisk.exe)产生的,不同的操作系统可能这个扇区的内容代码是不相同,但是实现的功能只有一个,使其中的一个活动分区获得控制区,正常启动系统。

  (在D盘,E盘前面都有一个粉红色的扇区,就是所谓的扩展分区表所在的位置,其后的62个扇区空闲,共同占有一个隐含磁道。)

  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。在主分区中,不允许再建立其它逻辑磁盘。也可以通过分区软件,在分区的最后建立主分区,或在磁盘的中部建立主分区。

  扩展分区的概念则比较复杂,也是造成分区和逻辑磁盘混淆的主要原因。由于硬盘仅仅为分区表保留了64个字节的存储空间,而每个分区的参数占据16个字节,故主引导扇区中总计可以存储4个分区的数据。操作系统只允许存储4个分区的数据,如果说逻辑磁盘就是分区,则系统最多只允许4个逻辑磁盘。对于具体的应用,4个逻辑磁盘往往不能满足实际需求。为了建立更多的逻辑磁盘供操作系统使用,系统引入了扩展分区的概念。

  所谓扩展分区,严格地讲它不是一个实际意义的分区,它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(实际上也就是下一个逻辑磁盘)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。

  需要特别注意的是,由于主分区之后的各个分区是通过一种单向链表的结构来实现链接的,因此,若单向链表发生问题,将导致逻辑磁盘的丢失。这就是当硬盘被CIH病毒破坏后,我们可以通过KV3000的F10功能来找到丢失的D,E及以后的逻辑分区的原因。

  三、操作系统引导扇区(OBR)

  OBR(OS Boot Record)即操作系统引导扇区,通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区(这是对于DOS来说的,对于那些以多重引导方式启动的系统则位于相应的主分区/扩展分区的第一个扇区),是操作系统可直接访问的第一个扇区,它也包括一个引导程序和一个被称为BPB(BIOS Parameter Block)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。

  引导程序的主要任务在当根目录中寻找系统文件IO.SYS,MSDOS.SYS和WINBOOT.SYS三个文件,如果存在,就把IO.SYS文件读入内存,并移交控制权予该文件。在WIN98的系统中,没有MSDOS.sys文件,系统能够正常启动,但是无法进入桌面;如果没有COMMAND.COM文件,能够正常启动到桌面,但是无法进入DOS字符方式。

  BPB参数块:记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数、分配单元(Allocation Unit,以前也称之为簇)的大小等重要参数。OBR由高级格式化程序产生(例如DOS 的Format.com)。

  四、文件分配表(FAT)

  FAT(File Allocation Table)即文件分配表,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(也可以设置为一个),第二FAT为第一FAT的备份, FAT区紧接在OBR之后(对于FAT32格式,位置是从引导扇区开始的第32个扇区就是第一个FAT表的位置),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。

  随着硬盘容量的迅速发展,Microsoft 的DOS及Windows也先后采用我们所熟悉的FAT12、FAT16和FAT32格式。不过Windows NT、OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的文件管理方式,不同于FAT文件格式。

  FAT12是使用12BIT来表示簇的位置,最大容量32M,FAT16是使用两个字节16BIT位来表示簇的位置,分区最大容量2G,而FAT32采用4个字节来表示簇的位置,分区最大容量65G。

  五、目录区(DIR)

  DIR是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。

  DIR记录着每个文件(目录)的文件名,扩展名,是否支持长文件各,起始单元(这是最重要的)、文件的属性,大小,创建日期,修改日期等住处内容。操作系统在读写文件时,根据DIR中的起始单元,结合FAT表就可以知道文件在磁盘的具体位置,然后顺序读取每个簇的内容就可以了。

  六、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,它对于我们来说,也只能是一些枯燥的二进制代码,没有任何意义。

  注意:我们通常所说的格式化程序(指高级格式化,例如DOS下的Format程序),并没有把DATA区的数据清除,只是重写了FAT表而已,除非你使用了“Format X: /U”命令,强制对每一扇区写“F6”。

  至于硬盘分区,也只是修改了MBR和OBR,绝大部分的DATA区的数据并没有被改变,这也是许多硬盘数据能够得以修复的原因。但即便如此,MBR,OBR,FAT,DIR之一被破坏的话,我们的数据也无法正常读取。

  需要提醒大家的是,如果你经常整理磁盘,那么你的数据区的数据可能是连续的,这样即使MBR/FAT/DIR全部坏了,我们也可以使用磁盘编辑软件(比如DOS下的DiskEdit,DDD,KV3000,EasyRevoery等),只要找到一个文件的起始保存位置,那么这个文件就有可能被恢复。


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网友评论

(访客)
内容实用原创,讲得很好。
20xx年x月x日
(站长)
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20xx年x月x日