数据恢复技术基础第三讲

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1、数据恢复技术基础四川师范大学计算机科学学院郭果第三讲硬盘数据组织这一讲的内容：1、硬盘数据结构初步2、对硬盘进行低级格式化3、对硬盘进行分区4、对硬盘进行高级格式化5、多硬盘、多分区的盘符交错6、补充：Partition Magic的使用方法-、硬盘数据结构初步硬盘在存储数据之前，一般需经过低级格式化、分区、高级格式化这三个步骤之后才能使用。其作用是在物理硬盘上建立一定的数据 逻辑结构，对于FAT文件系统格式的分区，一般将硬盘分为 5个区 域，分别为：主引导记录区（MBR）、0S引导记录区（OBR或DBR）、 文件分配表区（FAT）、文件目录表区（FDT或DIR）和数据区（DATA ）。 利用

2、操作系统和这五个区域共同实现了数据的存储与管理。MBRDBRFATDIRDATA图1只有一个FAT文件系统格式的硬盘分区的数据结构示意图其中，MBR由分区工具创建；DBR、FAT、DIR和DATA区域由 高级格式化工具创建，这些区域就是一个完整的文件系统（ FAT）。 操作系统在文件系统上写入文件数据时，只是改写了相应的FAT、DIR 和 DATA 区。下图只是了解！对于NTFS文件系统格式的分区来讲，要比 FAT复杂得多MBRDBRNTLDRMFT元数MFT分配DATAMFTDATA据文件空间备份图2只有一个NTFS文件系统格式的硬盘分区的数据结构示意图其中，NTLDR 般存放于C盘根目录下

3、，是一个具有隐藏和只 读属性的系统文件。对硬盘进行低级格式化在个人计算机的主板上，有一块存储芯片，其中固化有一段程序， 这段程序被称为BIOS程序(或叫BIOS调用模块)，其中有一段程序 被称为CMOS SETUP程序。这段程序的运行可以对存储在另外一块 存储芯片(CMOS芯片)中的计算机的系统初始参数进行设置。 但是， 如果一个新的硬盘在接入计算机后并不能使用，因为硬盘上还没有建 立初始的硬盘存储结构，这些结构包括有硬盘的柱面数、磁头数和扇 区数等信息。要建立这些基本的物理存储结构，就需要对硬盘在使用之前进行 所谓的低级格式化(low level format)。一般地，操作系统并没有提供

4、类似的工具，要对硬盘进行低级格式化，必须使用第三方的工具软件， 如 DOS 版本的 “DM ”、“LFORMAT ”等，或 WINDOWS 版本的 “Hard Disk Low Level Format Tool ” 等。不过，目前大多数硬盘厂商已经将硬盘在出厂前就做好了低级格 式化，所以一般用户拿到的硬盘可以不用再低级格式化了。但是，低 级格式化是不是永远都不需要做呢？回答是否定的。1、低级格式化的主要功能硬盘低级格式化(low level format)简称低格，也称硬盘物理 格式化(physical format)。它的作用是检测硬盘磁介质，划分磁道， 为每个磁道划分扇区，并根据用户选定

5、的交叉因子(In terleave)安排 扇区在磁道中的排列顺序等。概括地说，硬盘低级格式化主要完成以 下几项功能： 测试硬盘介质； 为硬盘划分磁道； 为硬盘的每个磁道按指定的交叉因子间隔安排扇区； 将扇区ID放置到每个磁道上，完成对扇区的设置； 对磁盘表面进行测试，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记； 给硬盘中的每个扇区写入某一 ASCII码字符。因为扇区的安排顺序决定了硬盘的交叉存取系数，所以，硬盘的“交叉因子”在低级格式化这一环节确定。当低级格式化完成后，硬 盘被设置成初始的规范化格式。如果硬盘在做低级格式化之前曾经使 用过，并存有数据文件，初始化将清除硬盘中原有的全部数据。另外, 硬盘在

6、低级格式化时，划分扇区的过程与划分磁道的过程是统一的， 即安排扇区的同时就决定了磁道的位置， 两者只是一个物理过程，并 不是先划分磁道，然后再安排扇区。低级格式化就如在一片空地上盖房子 （一个个的扇区），为了管理 这些房子，还要给它们编上号，记录它们的地址（ C/H/S ），盖好房 子、编好号以后就能够对这些房子进行户口管理了。 经过低级格式化 之后，一块硬盘的“房子”或“城市”就建造好了，就可以住“人”（数据）了。有的读者会问，不是只有高级格式化以后才能使用吗？ 没错，不过那是对操作系统而言，属于应用层次的使用。操作系统管 理和使用数据文件，需要另外写入一些引导数据和管理、分配数据。但对于低

7、层的硬盘管理，在完成低级格式化后确确实实就可以往里写 数据了，高级格式化本身就是往硬盘上写入系统数据。ATA接口以扇区为单位进行操作，而操作系统以文件为单位进行管理。 在进行文 件调用的时候操作系统必须通过某种机制来决定文件记录在哪些扇 区，如何将这些扇区组织起来，这也是高级格式化往往比低级格式化 要快得多的原因。这是两个层次的问题，注意它们的区别和联系。不同的工具所做的低格对硬盘的作用各不一样。有些人觉得低格可以修复一部分硬盘，有些人则觉得低格十分危险，会严重损害硬盘。 低格过程到底对硬盘进行了什么操作？”实践表明低格过程有可能进行下列几项工作，不同的硬盘的低格过程相差很大，不同的软件的 低

8、格过程也相差很大。（1）对扇区清零和重写校验值。（2）对扇区的标识信息重写。（3）对扇区进行读写检查，并尝试替换缺陷扇区。（4）对所有物理扇区进行重新编号。（5）写磁道伺服信息，对所有磁道进行重新编号。（6）写状态参数，并修改特定参数。下面举例来说明一些低格工具做了些以上的什么操作：DM中的Low level format :进行了（ 1）和（2）操作。速度较快， 极少损坏硬盘，但修复效果不明显。Lformat :进行了（ 1）、（2）、（ 3）操作。由于同时进行了读写检 查，操作速度较慢，可以替换部分缺陷扇区。但其使用的是逻辑参数， 所以不可能进行（4）、（5）和（6）的操作。遇到IDNF错

9、误或伺服 错误时很难通过，半途会中断。SCSI卡中的低格工具：由于大部 SCSI硬盘指令集通用，该工具 可以对部分SCSI硬盘进行（1）、（2）、（ 3）、（5）、（6）操作，对一部 分SCSI硬盘（如希捷）修复作用明显。遇到缺陷磁道无法通过。同 时也由于自动替换功能，检查到的缺陷数量超过 G-list限度时将半途 结束，硬盘进入拒绝读写状态。专业的低格工具：一般进行（1）、（2）、（4）、（ 5）、（6）操作。通 常配合伺服测试功能（找出缺陷磁道记入 TS），介质测试功能（找出 缺陷扇区记入 P-list），使用的是厂家设定的低格程序（通常存放在 BIOS或某一个特定参数模块中），自动调用相

10、关参数进行低格。一般 不对缺陷扇区进行替换操作。低格完成后会将许多性能参数设定为刚 出厂的状态。2、什么时候需要对硬盘进行低级格式化？硬盘是计算机系统的重要存储资源， 使用时要重点保护，不到万 不得已的时候，不要轻易对硬盘做低级格式化。因为对于使用中的硬 盘，低级格式化前需要备份重要数据，即使不需要备份数据，在完成 低级格式化后，还要进行分区、高级格式化、安装系统和应用软件， 这也需要耗费大量的时间。如果要对硬盘上的信息进行销毁， 也需要 进行低级格式化工作。另外，低级格式化对硬盘有较大的磨损，会影 响其使用寿命。一般说来，对于以下 5种情况，可以考虑低级格式 新购置硬盘或硬盘适配器，最好对硬

11、盘重新进行低级格式化。该过程可使硬盘和硬盘适配器相互良好匹配。 因长期使用出现坏扇区，致使在操作时常常出现“扇区未找到”错误或者“ disk error”信息。这是由扇区ID （或 者说扇区的三维物理地址）丢失而引起的。扇区ID用于区分扇区，它们作为磁化的映像标记到磁盘上，但它们也 会因为长时间的存放或使用而逐渐消失。低级格式化是计 算机用户刷新磁盘扇区ID的惟一办法，硬盘的这一工作 无法通过操作系统的高级格式化命令 Format来完成。 合理地设置交叉因子，可改善硬盘的数据传输速率。用户 要改变一个硬盘的交叉因子，在大多数情况下，也只能通 过低级格式化来完成。 在硬盘经常出现各种各样莫名其妙

12、的问题时，可以考虑做 低级格式化。 要对硬盘上的所有信息进行销毁。不过，要请注意，低级格式化是对物理磁盘的格式化，它将造成 原硬盘数据信息的永久性丢失，这也是利用低级格式化来销毁硬盘上 所有信息的一种方法，而且也极其容易对物理盘片上的磁介质造成损 害。所以，在对硬盘进行低级格式化之前，一定要谨慎！三、对硬盘进行分区一般地，任何操作系统不会提供硬盘的低级格式化工具，所以要对硬盘进行低级格式化，就只能利用第三方工具软件。但是，任何操 作系统都提供有硬盘分区的工具（如在DOS下的FDISK; WINDOWS 下的磁盘管理窗口等），也可以使用第三方提供的工具软件，如 DISKGEN、Partition

13、 Magic等等，他们往往比操作系统提供的分区工 具在功能上还要强大。通常硬盘的容量都比较大，目前计算机配置的硬盘都在几百 GB 以上，对于大容量硬盘的管理具有相当的技术性， 硬盘的分区就是其 中一项重要的技术要求。为什么要对硬盘进行分区呢？因为一块大容量硬盘正如一个大 柜子，要在这个柜子里存放各种文件，有很多种方法，但为了便于管 理和使用，一般都会把大柜子分成一个一个的相对独立的“隔间”或“抽屉”，绝不会就把大柜子当做一个大抽屉来使用。硬盘的分区， 正如大柜子的使用，把它们分成一个一个的逻辑分区（表现为一个个 的逻辑盘符）。以下是分区主要意义： 便于硬盘的规划、文件的管理。可以将不同类型、不

14、同用途的文件，分别存放在硬盘分区后形成 的逻辑盘中。对于多部门、多人员共用一台微机的情况，也可以将不 同部门、不同人员的文件，放置在不同的逻辑盘中，以利于分类管理， 互不干扰。避免用户误操作（误执行格式化命令、删除命令等）造成 整个硬盘数据全部丢失。 有利于病毒的防治和数据的安全。硬盘的多分区多逻辑盘结构，更有利于对病毒的预防和清除。对 装有重要文件的逻辑盘，可以用工具软件设为只读，减小文件型病毒 感染的几率。即使病毒造成系统瘫痪，由于某些病毒只攻击C盘，也可以保护其他逻辑盘的文件，从而把损失降到最低。在计算机使用中，系统盘（通常是 C盘）因各种故障而导致系 统瘫痪的现象是常有的，这时往往要对

15、 C盘做格式化操作。如果 C 盘上只装有系统文件，而所有的用户数据文件（文本文件、表格、源 程序清单等）都放在其他分区和逻辑盘上，这样即使格式化C盘也不会造成太大损失，最多是重新安装系统，数据文件却得到了保护。 硬盘分区可有效地利用磁盘空间。 DOS以簇为单位为文件分 配空间，而簇的大小与分区大小密切相关。 划分不同大小的分区和逻 辑盘，可减少磁盘空间的浪费。 提高系统运行效率。系统管理硬盘时，如果对应的是一个单一 的大容量硬盘，无论是查找数据还是运行程序，其运行效率都没有分 区后的效率高。 便于为不同的用户分配不同的权限。在多用户多任务操作系统 下，可以为不同的用户指定不同的权限，放置在不同的逻辑盘上，比 放置在同一逻辑盘的不同文件夹内效果更好。 整理硬盘时，更能体会到分区的好处。 镜像磁盘分区时，也必须在不同的分区之间进行操作。 安装多个操作系统时，可能需要使用不同类型的文件系统， 这 也只能在不同的分区上实现。 逻辑盘比较小，文件性能好，就是查杀毒速度也快得多。1、分区的作用分区，就是将硬盘划分为一个个的逻辑区域。每一个分区都有一 个确定的起、止位置，在起止位置之间的那些连续的扇区都归该分区 所有，不同分区的起止位置互不交错