数据存储与恢复课件

1、数据存储与恢复基本概念硬盘逻辑结构（分区）文件系统RAID硬盘的基础知识硬盘的外部结构（通气孔）硬盘的内部结构（盘片、盘面、磁头、磁道、柱面）数据如何在盘片上存储（扇区、参数编号、交叉因子）硬盘容量的描述（bit byte KB MB GB TB PB EB）硬盘的寻址模式（C/H/S 8G限制 LBA）低级格式化和高级格式化P-list永久缺陷列表（又称工厂缺陷列表）。G-list添加性缺陷列表（又称用户缺陷列表）。 硬盘外部结构硬盘内部结构硬盘内部结构硬盘内部结构硬盘内部结构磁头高度 SCSI硬盘结构硬盘接口IDEIDE（Integrated Drive Electronics）的本意实际

2、上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器。我们常说的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。 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，因为厂商不再需要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。 该接口发展至今，细分可以分成ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（Fast AT

3、A-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Ultra ATA/133。硬盘接口SCSI SCSI是指Small Computer System Interface（小型计算机系统接口），它最早研制于1979年，是一种与ATA完全不同的接口，它不是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口，每个SCSI总线上可以连接包括SCSI控制卡在内的8个SCSI设备，但随着电脑技术的发展，现在它被完全移植到了普通微机上。早期PC机的BIOS不支持SCSI，各个厂商都按照自己对SCSI的理解来制造产品，造成一个厂商生产的SCSI设备很难与其

4、它厂商生产的SCSI控制卡共同工作的情况，加上SCSI的生产成本比较高，因此没有像ATA接口那样迅速得到普及。现在SCSI接口已广泛应用于硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。由于SCSI接口支持多种设备，传输速率比ATA接口高，其独立的总线又使得SCSI设备的CPU占用率很低，所以在较好的高端电脑、工作站、服务器上常用来作为硬盘及其他储存装置的接口。硬盘接口硬盘接口FibreChannel FibreChannel，即光纤通道。是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口，它很像以太网的转换节头。以前它是专为网络设计的，后来随着存储器对高带宽的需求，慢慢移

5、植到现在的存储系统上来了。光纤通道通常用于连接一个SCSI RAID（或其它一些比较常用的RAID类型），以满足高端工作站或服务器对高数据传输速率的要求。 光纤现在能提供100MBps的实际带宽，而它的理论极限值为1.06GBps。不过现在有一些公司开始推出2.12Gbps的产品，它支持下一代的光纤通道（即FibreChannelII）。为能得到更高的数据传输速率，市面的光纤产品有时使用了多光纤通道来达到更高的带宽。硬盘接口 现在的并行ATA一次可传输4个字节（4x8=32位）的数据，而串行ATA每次传输的数据只有1位，那为什么在高速传输过程中却要使用串行ATA呢?其实主要原因还是在于并行传输

6、存在着信号串扰问题，而串行传输几乎就没有信号串扰问题，从理论上说串行传输的工作频率可以无限的提高，Serial ATA正是通过提高工作频率来提升接口传输速率的。因此，Serial ATA可以实现更高的传输速率，而并行ATA在没有有效地解决信号串扰问题之前，很难达到这样高的传输速率，这也是为什么新的硬盘接口标准会采用串行传输的原因。虽然并行ATA接口采用并行方式传输数据，一次可传输多位数据，但其缺点也是显而易见的，仅每个通道需要的信号针就达26个，再加上地线和供电线，信号针就更多了。简单总结一下，Serial ATA与Ultra ATA相比拥有以下5个特点：硬盘接口 aSerial ATA支持所

7、有的ATA和ATAPI设备，包括CD、DVD、磁带机和各种大容量移动存储设备等。 bSerial ATA采用串行方式传输数据，每次只传输1位数据，这样就可以大大减少接口的针脚数目，事实上，Serial ATA只用4个针就可以完成所有的工作（第1针发送，第2针接收，第3针供电，第4针是地线），因此线缆更简单，线缆连接器更小，也更容易安装，减少了机内占用空间，有利于散热。 cSerial ATA采用比并行ATA更低的电压标准，减小了能耗，使PC系统更加容易设计。 d采用点对点协议，不存在并行ATA的主/从问题，省去了并行ATA的跳线和设置工作，并且每个通道都独享带宽，提高了设备连接的灵活性和系统I

8、/O能力。 e能够与目前的操作系统在软件上兼容，这就意味着不必更改目前的任何驱动程序和操作系统代码。硬盘接口IEEE1394USB硬盘数据组织结构主引导记录（Master Boot Recorder，MBR）（0柱面、0磁头、1扇区） MBR中最多可存放四个分区表项逻辑驱动器分区格式MBR区 MBR，即主引导记录区，位于整个硬盘的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0偏移1BDH），随后的64个字节（偏移1BEH偏移1FDH）为DPT（Disk Partition Table，硬盘分区表），最后的两个字节“55 AA”（偏移1FEH

9、偏移1FFH）是分区有效结束标志。由它们共同构成硬盘主引导记录，也称主引导扇区。DBR区 DBR（DOS Boot Record），操作系统引导记录区。通常位于硬盘0柱1面1扇区，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（BIOS Parameter Block）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。FAT文件系统FAT文件系统文件删除： 目录表中把相应文件首改为E5（删除标记） FAT表中清零相应链位置信息 把簇位置的高16位清零格式化： 清零以下信息：DBR、保留扇区、根文

10、件夹首簇FAT32 文件系统的限制簇不能是 64 千字节 (KB) 或更大 在 Windows 2000 中您无法使用 FAT32 文件系统格式化大于 32 GB 的卷 在 Windows XP 安装过程中，您不能使用 FAT32 文件系统格式化大于 32 GB 的卷。Windows XP 可以装入和支持大于 32 GB 的 FAT32 卷（受到其他限制），但是您不能在安装期间使用 Format 工具创建大于 32 GB 的 FAT32 卷 您不能在 FAT32 分区上创建大于 (232)-1 字节（即 4 GB 减去 1 个字节）的文件 MS-DOS（Microsoft Windows 95

11、 的原始版本）和 Microsoft Windows NT 4.0 及更低版本都不能识别 FAT32 分区，因此无法从 FAT32 卷启动。 NTFS文件系统NTFS分区内部全部由簇组成，基本没有扇区的概念，也就是从分区一开始就安排了簇，即第0簇。NTFS分区全部由文件组成，也就是说管理分区的单元（类似FAT中的FAT表、DBR什么的）也由文件组成，整个NTFS分区利用若干文件来管理全部文件（包括管理自身）NTFS分区有三大类文件：元文件、数据文件、目录文件。元文件就是管理和维护NTFS分区的系统文件。文件由若干属性组成（文件名属性、数据属性、安全属性等）属性分成两类:常驻属性、非常驻属性NT

12、FS文件系统012345678910111213141516171819202122232425$BOOT$MFTA.TXT$mft:814$BOOT:02A.TXT171821B.TXT“aaaabbbb”文件记录头1个文件记录文件记录体属性属性属性属性头属性体属性头属性体属性头属性体NTFS文件系统文件删除 清零目录节点 $Bitmap中相应簇位置清零 $MFT的bitmap属性中清零原来占用的文件记录号 格式化 创建元文件RAID简介RAID (Redundant Array of Independent Disk) RAID是Redundent Array of Inexpensive

13、 Disks的缩写，直译为“廉价冗余磁盘阵列”，也简称为“磁盘阵列”。后来RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“独立冗余磁盘阵列”，但这只是名称的变化，实质性的内容并没有改变。是独立冗余磁盘阵列的英文缩写，人们在开发RAID时主要是基于以下设想，即几块小容量硬盘的价格总和要低于一块大容量的硬盘。虽然目前这一设想还没有成为现实，RAID在节省成本方面的作用还不是很明显，但是RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势，实现远远超出任何一块单独硬盘的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬

14、盘的影响。 RAID简介RAID0 数据带区技术 RAID简介RAID 1 0+1RAID简介RAID 2级 RAID2级，纠错海明码磁盘阵列。磁盘驱动器组中的第一个、第二个、第四个第2n个磁盘驱动器是专门的校验盘，用于校验和纠错，例如七个磁盘驱动器的RAID2，第一、二、四个磁盘驱动器是纠错盘，其余的用于存放数据。使用的磁盘驱动器越多，校验盘在其中占的百分比越少。RAID2对大数据量的输入输出有很高的性能，但少量数据的输入输出性能不好。RAID2很少实际使用。RAID简介RAID 3和RAID 4RAID3：带奇偶校验码的并行传送RAID4：带奇偶校验码的独立磁盘结构 RAID 3和RAID

15、4，奇校验或偶校验的磁盘阵列。RAID 3也被称为带有专用奇偶位的条带，每个条带片上都有相当于一“块”那么大的空间用来有效存储冗余信息，即奇偶位。RAID 3需要同步主轴驱动器来预防较短记录导致的性能下降。不论有多少数据盘，均使用一个校验盘，采用奇偶校验的方法检查错误。任何一个单独的磁盘驱动器损坏都可以恢复，但同时有2块以上的硬盘驱动器损坏时将无法有效的恢复数据。RAID 3和RAID4的数据读取速度很快，但写数据时要计算校验位的值以写入校验盘，速度有所下降。RAID 3和RAID4的使用也不多。RAID简介RAID 5 RAID 5级，无独立校验盘的奇偶校验磁盘阵列。也被称做带分布式奇偶位的

16、条带，每个条带片上都有相当于一个“块”那么大的地方被用来存放奇偶位。与RAID 3不同的是，RAID 5像分布条带片上的数据那样把奇偶位信息也分布在所有的磁盘上。尽管有一些容量上的损失，RAID 5能提供最佳的整体性能，因而也是被广泛使用的一种数据保护方案。它适合于输入/输出密集、高读/写比率的应用程序，如事务处理等。为了具有RAID 5级的冗余度，需要最少由三个磁盘组成磁盘阵列（不包括一个热备用）。RAID 5可以通过磁盘阵列控制器硬件实现，也可以通过某些网络操作系统软件实现。RAID简介RAID 5无专门校验盘，校验数据分布在多个盘上 至少3个盘，（N-1）/N 一个磁盘故障时，控制器可从

17、其他尚存的磁盘上重新恢复/生成丢失的数据而不影响数据的可用性 RAID简介RAID 50 RAID 50也被称为分布奇偶位阵列条带，RAID 50其实就是RAID O与RAID 5的组合。它像RAID 0一样，跨磁盘存取数据；又像RAID 5一样，使用分布式奇偶位。RAID 50可提供较高的数据可靠性，优秀的整体性能，并支持更大的卷尺寸。像RAID 10和RAID-30一样，即使两个物理磁盘发生故障（每个阵列中一个），也不会有数据丢失。RAID 50最少需要六个驱动器。它最适合需要高可靠性存储、高读取速度、高数据传输性能的应用。这些应用包括事务处理和有许多用户存取小文件的办公应用程序。RAID

18、简介RAID 6 RAID 6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构，它是对RAID 5的扩展，主要是用于要求数据绝对不能出错的场合，使用了二种奇偶校验值，所以需要N+2个磁盘，同时对控制器的设计变得十分复杂，写入速度也不好，用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多，造成了不必须的负载，很少人用。RAID简介RAID 7 新一代RAID标准RAID 7也已出现。其实，RAID 7不仅仅是一种技术，还是一种存储计算机（Storage Computer）。因为它与RAID O、l、5标准有明显区别，RAID 7自身带有智能化实时操作系统和用于存储管理的软件工具，可完全独立于主机运

19、行，不占用主机CPU资源。RAID 7不仅具有更高的性能和卓越的存储管理能力，而且集普通RAID标准的所有优点于一身，因而RAID 7系统整体性能极佳。RAID简介RAID 7 RAID 7存储计算机操作系统（Storage Computer Operating system）是一套实时事件驱动操作系统。主要用来进行系统初始化和安排RAID 7磁盘阵列的所有数据传输，并把它们转换到相应的物理存储驱动器上。通过自身系统中的阵列电脑板来设定和控制读写速度，存储计算机操作系统可使主机I/O传输性能达到最佳。如果一个磁盘出现故障，还可自动执行恢复操作，并可管理备份磁盘的重建过程。RAID 7突破了以往

20、RAID标准的技术架构采用了非同步访问方式，极大地减轻了写数据的瓶颈，提高了I/O速度。所谓非同步访问，即RAID 7的每个I/O接口都有一条专用的高速通道，作为数据或控制信息的流通路径，因此可独立地控制自身系统中每个磁盘的数据存取。如果RAID 7有N个磁盘，那么除去一个校验盘（用作冗余计算）外，可同时处理N-1个主机系统随机发出的读/写指令，从而显著地改善了I/O性能。RAID 7系统内置实时操作系统还可自动对主机发送过来的读/写指令进行优化处理，以智能化方式将可能被读取的数据预先读入到高速缓存中，提高了I/O速度。RAID 7可帮助用户有效地管理日益庞大的数据存储系统，并使系统的运行效率

21、提高至少一倍以上，满足了各类用户的不同需求。RAID简介RAID简介RAID简介确定磁盘数量 随着添加更多的磁盘而获得的性能提升。 可靠性，两块磁盘的平均故障时间（MTTF），将随着在RAID 5或RAID 0中添加磁盘而不断降低。 随着添加更多磁盘，可用的存储容量将增加，但是成本也会随之一同上升。 带区单元的大小。软件解决方案将其固定在64KB。硬件解决方案则从4KB到1MB不等。理想的带区单元的大小可以在不中断请求的情况下最大限度改善磁盘操作（因为多块磁盘可以服务于同一个请求）。当流的数量少于磁盘的数量时，需要对流进行分割，以便所有磁盘都保持繁忙状态。根据上面的两个例子，例如，如果您有10块磁盘和5个流，那么需要对半分割每个请求（将带区单元的大小设置为请求大小的一半）。 RAID简介RAID 数据恢复 1. R-Studio 2.0 2. RAID Reconstructor ()3. ActiveUndelete 5.1恢复软件演示系统维护光盘Advanced Office Password RecoveryEasyRecoveryFinalDataR-studioRAR修复Word 修复思考如何安全删除数据？网络存储结构Worldwide Storage NetworkingIP通用存储IPLaptopDesktopPDAIPEdge ServersRouter