（计算机应用技术专业论文）硬盘格式化数据恢复技术研究与实现.pdf

硬盘格式化数据恢复技术研究与实现 计算机应用技术专业 研究生：鲁恩铭指导教师：袁丁 摘要：随着全球信息化的快速发展，信息已成为社会发展的重要资源，围绕这 一资源所展开的全球性的竞争日趋激烈。“电脑有价，数据无价 是信息时代 对电脑数据重要性的认可，信息社会的发展使信息资源成为宝贵的财富。由此， 灾难恢复成为一门新的学科，系统与数据恢复技术应运而生，成为一门新的技 术，也是目前一个新的研究课题。硬盘格式化数据恢复是属于数据恢复技术的 “软恢复 方面，它是数据恢复中经常遇见的方面，也是数据恢复中较为棘手 的方面。它能对个人，企业甚至国家产生深远影响。所以开发一款专门针对硬 盘格式化数据恢复的软件显得尤为重要。 本文首先阐述了硬盘格式化数据恢复的重要意义，分析了国内外研究的现 状，深入分析和研究了硬盘数据的存储结构，包括w i n d o w s 下的f a t 3 2 、n t f s 结构和l i n u x 下的e x t 3 结构。然后着重设计和实现了硬盘格式化数据恢复系 统，主要从分区表恢复，w in d o w s 下格式化数据恢复和l i n u x 下格式化数据恢 复的方案设计与实现三个方面进行详细的阐述。最后就实验结果和现在流行的 软件进行了对比分析。具体包括以下几个方面： 对分区表恢复方案设计与实现部分来说，主要阐述了初始化过程，获得每 个分区结点所在物理扇区号以及通过物理扇区号恢复分区表的方案设计及具 体实现过程。 对w i n d o w s 下格式化数据恢复方案设计与实现部分来说，主要阐述了 w i n d o w sf a t 3 2 下格式化数据恢复和w i n d o w sn t f s 格式化数据恢复的方案设 计及具体实现过程。 对l i n u x 下格式化数据恢复方案设计与实现部分来说，主要是阐述了在 l i n u x 下四种数据恢复方案的设计，并着重阐述了“r a w 文件恢复的具体实 现过程。 最后，文章对硬盘格式化数据恢复系统进行了测试分析和总结，并对后续 系统的开发提出了新的要求。 关键字：格式化，n t f s ，f a t 3 2 ，e x t 3 ，“r a w ”文件，引导扇区，分区表 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f t e c h n o l o g yi nh a r d d i s kf o r m a t t e dd a t ar e c o v e m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y g r a d u a t es t u d e n t ：l ue n m i n g t u t o r ：y u a nd i n g a b s t r a c t ：a st h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ng l o b a l i z a t i o n , i n f o r m a t i o nh a s b e c o m ea l li m p o r t a n tr e s o u r c e ，a n dt h eg l o b a lc o m p e t i t i o nh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l y f i e r c ea l sw e l l ”c o m p u t e rh a sp r i c e ，b u td a t ai sp r i c e l e s s ”i sak i n do f r e c o g n i t i o n o ft h ei m p o r t a n c eo fc o m p u t e rd a t ai nt h ei n f o r m a t i o ne r a t h ed e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o ns o c i e t yh a sm a d et h ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e sb e c o m ev a l u a b l ea s s e t s ， t h e r e f o r ed i s a s t e rr e c o v e r yh a sb e e nm a d et ob ean e ws u b j e c tn o w a d a y s s y s t e m a n dd a t ar e c o v e r yt e c h n o l o g yc o m ei n t ob e i n ga n db e c o m eah e a t e di s s u ef o rs t u d y a t p r e s e n t d a t al o s si sq u i t ec o m m o na n di sa l s ov e r yc o m p l e x h a r dd i s k f o r m a t t e dd a t ar e c o v e r yb e l o n g st ot h e “s o f tr e c o v e r y t h er e c o v e r yt e c h n o l o g y c a nb r i n gf a r - r e a c h i n gi n f l u e n c eo ni n d i v i d u a l s ，b u s i n e s s e sa n de v e nt h ew h o l e c o u n t r y s o ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o ph a r dd i s kf o r m a t t e dd a t ar e c o v e r y s o f t w a r e t h i sa r t i c l ef n , s ti n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y ，a n da n a l y z e st h e r e l a t i v er e s e a r c h e sa th o m ea n da b r o a d a ni n d e p t ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft h e h a r dd i s kd a t as t o r a g es t r u c t u r ei sg i v e ni nt h i sp a r t ，i n c l u d i n gf a t 3 2 ，n t f sf i l e s y s t e ms t r u c t u r eu n d e rw i n d o w sa n de x t 3f i l es y s t e ms t r u c t u r eu n d e rl i n u x w h a ti sf o l l o w e di st h ef o c u s ，t h a ti s ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h eh a r d d i s kf o r m a t t e dd a t ar e c o v e r ys y s t e m ，i n c l u d i n gp a r t i t i o nt a b l er e c o v e r y , f o r m a t t e d d a t ar e c o v e r yo nw i n d o w sa n dl i n u xt h r e ea s p e c t si nd e t a i l f i n a l l yac o m p a r i s o n i i i i sm a d eb e t w e e nt h i ss c h e m ea n do t h e rp o p u l a rf o r m a t t e dd a t ar e c o v e r ys o f t w a r e a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w h i c hc a l lb el i s t e da sf o l l o w s ： i nt e r m so ft h ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fp a r t i t i o nt a b l er e c o v e r y ，t h i s t h e s i sm a i n l yp r e s e n t st h ei n i t i a l i z a t i o np r o c e s s ，o b t a i n sp h y s i c a ls e c t o rn u m b e ro f e a c hp a r t i t i o nn o d e ，a sw e l la sr e c o v e r yt h ep a r t i t i o nt a b l eu s i n gp h y s i c a ls e c t o r n u m b e ri nd e t a i l i nt e r m so ft h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ff o r m a t t e dd a t ar e c o v e r yo n w i n d o w s ，t h i st h e s i sm a i n l yp r e s e n t st h ed e s i g no ff o r m a t t e dd a t ar e c o v e r yo n w i n d o w sf a t 3 2a n df o r m a t t e dd a t ar e c o v e r yo nw i n d o w sn t f s t h e i r i m p l e m e n t a t i o ni sg i v e ni nd e t a i l s i nt e r m so ft h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ff o r m a a e dd a t ar e c o v e r yo nl i n u x ， t h i st h e s i sm a i n l yp r e s e n t st h ed e s i g no ff o u rd a t ar e c o v e r ys c h e m e so nl i n u x ，a n d f o c u so nt h ei m p l e m e n t a t i o no f ”r a w ”f i l er e c o v e r y f i n a l l y , t h ea n a l y s i so f h a r dd i s kf o r m a t t e dd a t ar e c o v e r ys y s t e mi sm a d e t h e t h e s i sa l s os u m m a r i z e st h ed e s i g na n di t si m p l e m e n t a t i o n ，a n dp u t sf o r w a r dn e w r e q u i r e m e n t sf o rt h ef o l l o w - u ps y s t e md e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：f o r m a t ，n t f s ，f a t 3 2 ，e x t 3 ，“r a w ”f i l e ，b o o t s e c t o r ，p a r t i t i o n t a b l e i v 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师 躯j 指导下，独 v 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库供 检索；2 ) 为教学、科研和学术交流目的，学校可以将公开的学位论文或解密 后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在有关网络上供阅读、浏览。 本人授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全 文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位敝储签名霈旦、铂， 签字日期：3 。习年y 月罗d 日 ， 导师签名： 签字嗍中朋扣日 网川师范大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究的背景与意义 随着信息技术的不断发展，计算机越来越多地应用到人们的工作与生活中， 在社会和生活中扮演着日益重要的角色。计算机的应用已经渗透到政府、军事、 文教与日常生活的各个方面。它们都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。建立、处理、存储、保护、 使用和销毁这些数据，即信息的全生命周期运动，构成了信息时代社会信息流的 大动脉。伴随着观念和技术的进步，有关安全的概念也经历了计算机安全、信息 安全和全面的信息保障，并成为国家战略安全的重要组成部分。“电脑有价，数 据无价 是信息时代对计算机数据重要性的认可，信息社会的发展使信息资源成 为宝贵的财富。 数据的价值非常重要，一旦数据受到破坏，其后果令人无法想象。从1 9 9 8 年轰动全球的“c i h 病毒事件”，9 1 l 事件，美加停电事件，日本航空系统故障， 到花旗银行丢失3 9 0 万客户信息的“数据门事件 ，这些意外不仅给个人、商业 机构乃至政府造成了巨大生命财产损失，也对信息化时代各类组织机构的生存与 运转以毁灭性打击。据i d c 的统计，美国在2 0 0 0 年以前的l o 年间，发生过灾难 的公司中，有5 5 当时倒闭，在剩下的4 5 中，因为数据丢失，有2 9 也在两年 之内倒闭，生存下来的仅占1 6 t 1 1 。 造成数据丢失的原因是多方面的，既有客观的自然规律，也有人为的因素。 客观的自然规律包括：阵列卡失效或阵列信息丢失；n a s 或s a n 系统故障或失 败；存储网络信息混乱；存储系统故障；硬盘子系统故障；电源故障导致数据损 坏；系统软件故障；文件系统混乱；文件损坏；硬件失效；自然灾害如：火灾、 洪水、地震等。 人为因素包括误操作和有意破坏，如：人为误操作；非正常插拔设备导致无 法访问；硬件如硬盘失手摔坏；病毒；忘记密码；盗窃或蓄意破坏；木马；黑客； 工业间谍；其他如国家之间的信息战等等。数据丢失原因分析【2 】如图1 1 所示： 图1 - l 数据丢失原因分析 遭遇上述这些窘境之时，几乎所有的用户都会想尽一切方法、不惜一切代价 找回数据，因此数据恢复技术与市场一直非常热。数据恢复是指从被损坏的数据 载体，如磁盘、磁带、光盘和半导体存储器等，以及被损坏或被删除的文件中获 得有用的数据1 ”。根据1 d c 的统计数据，目前全球每年的数据恢复市场价值大约 在千亿美元，国内也至少达到十几亿人民币。国外经验丰富的数据恢复工程师的 年薪普遍在3 0 万美元以上，而国内资深数据恢复工程师的年薪也不下1 0 万元人 民币【4 】。 很显然，数据恢复技术的一个最大应用就是在数据出现问题时快速进行恢 复。毕竟，信息的复制虽然很容易，但信息的重建却非常的困难，无论是重建时 间，还是重建费用，都让人无法忍受，而有些信息甚至根本就不可能重建。 根据3 m 公司对8 0 0 0 名网络微机用户的调查发现，硬盘的每次失效将造成5 天以上的无效工作日。而在一个典型的商业应用中，重建1 0 0 0 m b 的数据，平均 要耗时3 5 个月，费用为9 5 0 0 0 美元巧j 。由此可见，信息存储对最终用户来说是 何等的重要，可以说，它是信息时代的数字财富。 硬盘是计算机存取数据的核心部件，一般情况下，硬盘被分成多个分区，几 乎所有重要的数据都存储在硬盘各个分区之中。一旦我们电脑的分区被误格式 化，分区中的数据也就随之丢失，如果所有分区都被格式化，就会导致硬盘中的 所有数据全部丢失。如何能够迅速而正确地进行数据恢复也就成为了至关重要的 问题。 p n q 川师范大学硕上学位论文 由于国内数据恢复技术的研究比较晚，硬盘格式化数据恢复技术的研究与国 外相比，还有一定的差距。在这种背景下，为推动国家的信息化进程，捍卫国家 信息数据安全，开发一种费用低廉，使用方便，安全可靠的硬盘格式化数据恢复 系统具有较大的经济意义和社会意义。 随着信息化进程的不断推进，随着人类对信息资源的依赖程度的不断增长， 随着信息设备的普及应用，随着淘汰、损坏设备的增多，随着信息毁损和窃取手 段的增多，硬盘格式化数据恢复技术将同益显示出其重要性，它对于个人、企业 和政府都具有极其重要的应用价值和实用价值。 1 2 国内外现状分析 从数据丢失产生的原因分类，数据恢复技术的基本分类【6 1 如下所示： 广硬恢复( 硬件问题) 数据恢复技术t 软恢复( 逻辑- e 嚣豁 目前国内在“软恢复”方面研究与国外专业公司相比，还存在差距，其中覆 盖数据恢复技术差距最大，有资料1 7 】显示美国军方可以恢复覆盖6 - - - - 9 次的数据， 俄罗斯可以恢复覆盖3 - - 4 次的数据，i b m 自己耗资6 亿美元的研究成果是可以 恢复覆盖2 3 次的数据，由于这些都涉及到国家核心机密，具体的细节和可靠 性都尚不可知。 硬盘格式化数据恢复技术属于数据恢复技术的“软恢复 方面，而所谓“软 恢复 是指存储系统，或操作系统，或文件系统层次上的数据丢失。这种丢失是 多方面的，如系统软硬件故障、死机、病毒破坏、黑客攻击、木马破坏、误操作、 阵列数据丢失等等：这种数据丢失也是常见的。 在国外，很多计算机集成商和存储设备生产厂商都有从事数据修复服务的部 门，专业的数据恢复公司也很多。以美国为例，截至2 0 0 4 年初，专业的数据恢 复公司有4 0 0 多家，一年的数据修复市场营业额为1 5 亿美金，且每年以5 0 的 速度递增【8 】。 在国内，早在1 9 9 8 年，北京中关村就出现了数据恢复的招牌。从真正意义 上讲，那时候的主要业务还是硬盘维修，在修好硬盘的电路后，把硬盘的数据及 时备份出来。 四川师范大学硕士学位论文 到2 0 0 4 年9 月，数据恢复市场环境日渐成熟，市场容量大大增加。就在2 0 0 4 年前三季度，全国数据恢复公司如雨后春笋。具不完全统计，仅北京一地新注册 的数据恢复公司就有1 0 多家，广州、上海、深圳、成都、西安等地也都出现了 多家专门从事数据恢复的公司。截止2 0 0 4 年9 月，全国从事数据恢复的公司已 经超过1 0 0 家。2 0 0 4 年第四季度，数据恢复市场发生了巨大变化。各大公司开始 重拳出击，纷纷在全国跑马圈地，推动数据恢复市场的资源整合，品牌意识大大 增强f 9 】o 最近，国家发展改革委员会批准了国家信息中心申请的国家高技术产业化 项目、自主可控的信息安全专业化服务项目、存储介质数据恢复服务项目，项 目总投资2 1 0 0 万元，国家补助资金8 0 0 万元i 1 0 1 。 “存储介质数据恢复服务项目”旨在国家信息中心信息安全研究与服务中心现 有数据恢复业务的基础上，在三年内，扩充设备、设施和技术能力，形成可恢复 多种存储介质、各种操作系统和数据结构的数据恢复专业化服务平台；实现数据 恢复设施专业化，管理规范化，自主知识产权的专业工具、软件和技术的升级、 改造和完善，服务规模化；制定数据恢复技术标准和管理规范，促进数据恢复服 务行业技术实施和管理的标准化和规范化；在有条件和需求的省市建立数据恢复 服务分中心，初步形成自主可控的覆盖全国的普通数据恢复、涉密数据恢复、特 殊数据恢复及电子数据司法鉴定等专业化数据恢复服务体系【引。可见，目前国家 对存储介质数据恢复服务项目非常重视。 目前流行的支持格式化数据恢复的软件有：d i s k r e c o v e r y 、e a s y r e c o v e r y 、 f i l er e s c u ep l u s ，f i l es c a v e n g e r ，f i n a l d a t a 、f i n a l r e c o v e r y ，f o r m a t r e c o v e r y ， h a n d yr e c o v e r y 、r s t u d i o 、r e c o v e r m y f i l e s 、s e a r c ha n dr e c o v e r 、易我数据 恢复向导等，比较好的数据恢复公司有：飞客、达思、o n t r a c k ( 美国) 等数据恢 复公司。每款支持格式化数据恢复软件的性能如下】： l 、d i s k r e c o v e r y 技术版 可以对不同文件系统和已格式化的分区进行扫描，恢复能力非常强。扫描结 果以文件格式分类显示和恢复，而且重新格式化命名，对于普通用户来说比较不 方便。删除分区后恢复出的文件大部分有错误。 2 、e a s y r e c o v e r y 扫描速度比较慢，但是效果不错，而且能够修复已经损坏的w o r d 和z i p 等 4 四川师范人学硕上学位论文 文件。扫描后的结果以单独目录方式显示和恢复( 就是目录套目录时，会把所有 目录平行的显示和恢复) ，不能做到深层目录的直接恢复。 3 、f i l er e s c u ep l u s 速度还可以，但扫描结果是以全部文件的方式显示，不能恢复目录结构。对 中文w o r d 文档支持不好，打开后为乱码。 4 、f i l es c a v e n g e r 速度不错，但扫描结果可以以全部文件的方式显示，也可以以目录方式显示。 扫描结果以文件类型方式分类，不支持原始目录结构恢复。 5 、f i n a l d a t ae n t e r p r i s e2 0 速度非常的慢，扫描结果以文件类型方式以及全部方式两种方式显示，不支 持原始目录结构显示及恢复。有特色的是支持常见格式的图片和文本等文件的预 览。 6 、 f i n a l r e c o v e r y2 0 3 1 速度非常快，扫描结果以目录方式显示，支持原始目录结构恢复。它会把所 有目录都显示出来，即下级目录和上级目录都平行显示。 7 、 f o r m a t r e c o v e r y 不支持中文目录及文件名，中文目录下的文件不能够扫描到，不能恢复中文 格式的文件。 8 、h a n d yr e c o v e r y 扫描速度一般，扫描结果文件以格式归类显示，扫描结果格式化改名。不支 持目录结构恢复。有查找分区的功能，可以找到被删除的分区。 9 、r - s t u d i o 速度和效果都不错，而且有图形化显示目标分区的状况( 类似于磁盘整理时 的显示) 。扫描结果按照可识别文件和未识别文件分类，可恢复完整目录结构。 10 、r e c o v e r m y f i l e s 深度扫描速度比较慢，但扫描效果相当好。支持图片、声音、文本、h t m l 等文件的预览。以格式分类，不支持目录显示和恢复。 1 1 、s e a r c ha n dr e c o v e r3 深度扫描速度非常慢，但扫描效果还可以。支持图片、声音的预览。无分类， 所有文件统一显示，不支持目录恢复。特色功能是支持目录扫描，可以直接扫描 5 四川师范人学硕士学位论文 某个目录内的文件。另外还可以按照时间、属性、大小等条件进行扫描。 1 2 、易我数据恢复向导v 2 0 支持i d e a t a 、s a t a 、s c s i 、u s b 、i e e e l 3 9 4 种类的硬盘或软盘、数码相 机、数码摄像机和u s b 种类的存储盘。速度和效果都不错，支持目录结构恢复。 1 3 论文主要工作 ， 本文在学习大量的数据恢复技术和多种文件系统的相关知识的基础上，深入 研究了硬盘格式化数据恢复技术，提出、设计并实现了w i n d o w s 和l i n u x 下的格 式化数据恢复系统。该系统支持w i d o w s 下和l i n u x 下分区的查找和分区表的恢 复，支持w i n d o w sf a t 3 2 、n t f s 下和l i n u x 下格式化数据恢复，支持目录结构 的恢复，支持长文件名的恢复，支持i d e a t a 、s 触队、s c s i 、u s b 、i e e e l 3 9 4 种类的硬盘，同样支持软盘、数码相机、数码摄像机和u s b 种类的存储盘。该系 统高效、移植性强，数据恢复成功率高。较目前流行的一些数据恢复软件，如 d i s k g e n ，p a r t i t i o nt a b l ed o c t o r ，e a s y r e c o v e r y ，f i l es c a v e n g e r ， f i n a l d a t a ， d i s k r e c o v e r y 、f o r m a t r e c o v e r y 等，具有一定的优越性。 本文的工作主要包括以下几个方面： 1 、硬盘数据存储结构部分，深入研究硬盘数据存储结构，并进行大量的实 验和测试。具体工作主要体现在以下几个方面： ( 1 ) w i n d o w s 和l i n u x 分区链表结构的分析； ( 2 ) f a t 3 2 目录项结构的分析； ( 3 ) f a = r 3 2 和n t f s 长文件名的分析； ( 4 ) n t f s 文件属性的分析； ( 5 ) l i n u x 文件系统数据存储结构分析。 2 、分区表恢复部分，主要是针对分区表遭到破坏后分区表恢复研究和设计， 并进行相关的程序实现，具体工作主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 初始化过程，因为w i n d o w s 和l i n u x 的主引导扇区中的分区表项各不 相同，并且开始进行搜索的起始扇区号也会因为分区表遭到破坏程度不同而不 同。这些差异需要在初始化过程中完成； ( 2 ) 获得每个分区结点所在物理扇区号，包括分区链表信息的搜索，引导 扇区的搜索和分区大小备份的搜索； 6 四川师范大学硕上学位论文 ( 3 ) 通过分区结点所在物理扇区号恢复分区表，包括每个分区的起始扇区、 分区大小、下一个分区的起始扇区、分区大小、激活标志、c h s 参数的精确确 定。 3 、w i n d o w sf a t 3 2 下格式化数据恢复部分，主要针对f a t 3 2 分区误格式化 后数据恢复研究和设计，并进行相关的程序实现，具体工作主要体现在以下几个 方面： ( 1 ) 目录区的起始位置的获取，从而找到待恢复文件的起始位置； ( 2 ) f a t 3 2 下文件名和相对应的数据的获取： ( 3 ) f a t 3 2 下长文件名的解决； ( 4 ) f a t 3 2 下目录结点的生成； ( 5 ) f a t 3 2 下目录树的重构。 4 、w i n d o w sn t f s 下格式化数据恢复部分，主要针对n t f s 分区误格式化后 数据恢复研究和设计，并进行相关的程序实现，具体工作主要体现在以下几个方 面： ( 1 ) m f t 区域起始位置的获取； ( 2 ) n t f s 下文件名和相对应数据的获取； ( 3 ) n t f s 下长文件名的解决； ( 4 ) n t f s 下目录结点的生成； ( 5 ) n t f s 下目录树的重构。 5 、l i n u x 下格式化数据恢复部分，主要利用l i n u x 分区格式化后本身留下的 文件内容入手，对一些重要文件的文件头和文件脚进行实验研究以及对某些文件 中的关键字进行搜索等方法，设计格式化数据恢复的方案，并进行相关的程序实 现。 1 4 论文结构 本文根据理论和实际相结合的原理，总共安排七个章节分别对硬盘数据存储 结构、分区表恢复方案设计与实现、w i n d o w s 下格式化数据恢复方案设计与实现、 l i n u x 下格式化数据恢复方案设计与实现、测试分析、总结和展望做了详细的阐 述。具体各章节的内容分布如表1 1 所示： 7 四川师范大学硕士学位论文 表1 1 本文的结构安排 章节章节题目章节内容， 介绍系统的研究背景的与意义；对国内外 第一章引言 现状进行分析；对系统总体设计进行介 绍；列出本文的研究工作。 研究硬盘数据存储结构，并结合实例进行 第二章硬盘数据存储结构 详细的分析。 分区表恢复方案设计与对分区表的恢复进行详细的设计，提出具 第三章 实现 体解决方案并实现其方案。 对w i n d o w sf a t 3 2 和n t f s 下格式化数据 w i n d o w s 下格式化数据 第四章 恢复进行详细的设计，提出具体解决方案 恢复方案设计与实现 并实现其方案。 l i n u x 下格式化数据恢对l i n u x 下格式化数据恢复进行详细的 第五章 复方案设计与实现 设计，提出具体解决方案并实现其方案。 对本文提出的硬盘格式化数据恢复方法 第六章测试与分析 进行性能测试，并和当今流行的软件进行 对比分析。 总结在具体操作过程中应该注意的问题， 第七章总结与展望 对后续系统开发提出要求。 1 5 小结 在当今信息技术高速发展的时代，信息资源已经成为宝贵的财富。信息安全 事关个人利益；事关部门、公司、企业甚至国家的政治和经济利益；事关国家安 全和经济发展。信息安全已成为国家战略安全的重要组成部分。数据恢复是信息 安全的最后一道屏障，数据恢复正在作为一种产业快速发展，硬盘格式化数据恢 复是数据恢复的“软恢复”方面，它是数据恢复中经常遇见的方面，也是数据恢 复中较为棘手的方面。它是抵抗误格式化导致灾难的有效解决方案；是数据失而 复得，起死回生的良医；是个人、部门、企业、国家不可或缺的信息技术手段。 硬盘格式化数据恢复技术对于个人，企业和政府具有较大的经济意义和社会意 义，并具有极其重要的应用价值和实用价值。 8 四川师范大学硕士学位论文 第二章硬盘数据存储结构 硬盘是计算机存取数据的核心部件，为了使用和管理方便，这些数据是以文 件的形式存储在硬盘上。操作系统管理着各自的文件，不同的操作系统都有自己 的文件管理系统，不同的文件系统又有各自不同的逻辑组织方式。w i n d o w s 下有 f a t 3 2 和n t f s 等文件系统格式，l i n u x 下有e x t 3 、j f s 、x f s 等文件系统格式， 本文主要阐述w i n d o w s 和l i n u x 下硬盘数据的存储结构。 2 1 引导扇区 ，一般情况下，硬盘被分成多个分区，硬盘的分区形式一般有三种，即主分区、 扩展分区和非d o s 分区。非d o s 分区( n o n d o sp a r t i t i o n ) 是一种特殊的分区 形式，它是将硬盘中的一块区域单独划分出来供另一个操作系统使用，如l i n u x 和u n i x 等。对w i n d o w s 操作系统来讲，非d o s 分区是一块被划分出去的存储 空间。只有非d o s 分区内的操作系统才能管理和使用这块存储区域，非d o s 分 区之外的系统一般不能对该分区内的数据进行访问。所以w i n d o w s 操作系统一般 不能访问l i n u x 分区内的数据，但l i n u x 操作系统能访问w i n d o w s 分区内的数据。 主分区中有一个主引导扇区，它是一个特殊而重要的扇区，也叫m b r 扇区。 它位于该硬盘的第一个扇区中，即位于0 扇区。而逻辑分区中有一个虚拟主引导 扇区，也叫d b r 扇区，位于上一个分区最后扇区的下一个扇区。 主引导扇区由主引导程序、硬盘分区表( d p t ) 和结束标志组成，主引导程 序占用前面的4 4 6 个字节，构成操作系统的引导代码，接着是6 4 个字节的主分 区表，它分为四个分区项，每个分区项占用1 6 个字节，最后是占用2 个字节结 束标志，值为5 5 h a a h 。虚拟主引导扇区跟主引导扇区结构差不多，只是引导程 序部分全为0 。 用w i n h e x 查看一块装好w i n d o w sx ps p 2 操作系的希捷1 6 0 g b 硬盘的 m b r ，如图2 1 所示，查看其中一个分区的d b r ，如图2 2 所示。查看一块装好 r e d h a t1 2 0l i n u x 操作系统的希捷1 6 0 g b 硬盘的m b r ，如图2 3 所示，查看其 中一个分区的d b r ，如图2 - 4 所示： 9 四川师范大学硕上学位论文 0 f f 8 e t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 o o 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 a o 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 d o 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 a o 0 0 0 0 0 0 0 1 b o 0 0 0 0 0 0 0 l c 0 0 0 0 0 0 0 0 1 b o 0 0 0 0 0 0 0 1 e o 0 0 0 0 0 0 0 1 f o 0 f f s e t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 c o 0 0 0 0 0 0 0 0 d o 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 0 0 0 17 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 a 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 c 0 0 0 0 0 0 0 0 1 d 0 0 0 0 0 0 0 0 1 e o 0 0 0 0 0 0 0 1 f 0 图2 1w i n d o w s m b r 结构 图2 - 3r e d h a t m b r 结构 0 f f 8 e t 0 d f 8 f 9 0 0 0 0 o d f 8 f 9 0 0 1 0 0 d f 8 f 9 0 0 2 0 0 d f 8 f 9 0 0 3 0 0 d f 8 f 9 0 0 4 0 0 d f 8 f 9 0 0 6 0 o d f s f 9 0 0 6 0 o d f 8 1 9 0 0 7 0 o d f 8 1 9 0 0 3 0 0 d f s f 9 0 0 9 0 o d f 8 f 9 0 0 a 0 o d f 8 1 9 0 0 8 0 0 d f 韶9 0 0 c 0 0 d f 8 f 9 0 0 d 0 o d f 8 f 9 0 d e 0 o d f 8 f 9 0 0 f o o e 旷8 f 9 0 1 0 0 0 d f s f 9 0 1 1 0 o d f 8 f 9 0 1 2 0 0 卵8 f 9 0 1 3 0 叩f 3 f 9 0 1 4 0 o d f 8 f 9 0 i 5 0 o d f 8 f 9 0 1 6 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 0 n f 3 f 9 0 1 7 00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 d f 3 f 9 0 1 3 00 00 0 0 0 0 0 0 00 00 00 0 0 d f 8 f 9 0 1 9 00 00 00 0 0 0 0 00 00 00 0 0 d f 8 f 9 0 1 00 00 0 0 0 0 00 00 00 00 0 0 d f 卵9 0 1 8 00 00 0 0 0 0 00 0 0 00 00 0 0 d f 8 f 9 0 1 c 0c i 盯o bf e ”阡3 1 0 0 o d f 3 f g o i d oc 1r f0 6 f ef f f ff f7 b 0 d f 8 f 9 0 1 e 00 00 00 00 0 0 00 00 0 0 0 o d f s f 9 0 1 f o0 00 0 0 0 0 00 00 00 00 0 图2 2w i n d o w sd b r 结构 o f f s e t 0 i 23456739bcdef 0 7 6 9 0 f 4 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 00 0 0 00 0 0 00 0 ；0 7 a 9 0 f 4 0 1 00 0 0 00 0 0 0 0 00 00 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 7 a g o f 4 0 2 00 0 0 00 00 00 00 00 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 7 a 9 0 f 4 0 3 00 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 ：0 7 6 9 0 f 4 0 4 00 00 00 00 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 0 0 ：0 7 a 9 0 f 4 0 5 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 00 0 0 00 00 0 0 7 a 9 0 f 4 0 6 00 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 7 00 00 00 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 3 00 0 0 00 0 o o 0 00 00 00 00 0 o o0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 7 a 9 0 f 4 0 9 00 0 0 00 00 00 0 0 0 0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 a 00 00 00 00 00 00 00 0 0 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 8 00 0 0 00 0 0 0 0 00 00 0 0 00 00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 c 00 0 0 00 0 0 00 00 00 00 00 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 + 0 7 a 9 0 f 4 0 d 00 0 0 00 00 00 0 0 0 0 00 00 00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 i r 00 00 00 00 00 0 0 0 0 00 00 00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 7 a 9 0 f 4 0 1 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 00 00 0 0 0 0 0 ；0 7 a 9 0 f 4 1 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0