计算机系统数据恢复技术探索与应用

张运涛

【摘 要】文章从基础理论谈起，论述数据损坏丢失的起因，解决方案，以及常见数据损坏情况的恢复措施。对于解决企业信息系统运维管理中出现的相关问题具有积极意义。

【关键词】存储介质；数据恢复；文件系统；逻辑损坏；物理损坏

中图分类号： TP307 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0118-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.055

0 引言

随着存储技术的发展，存储介质的容量、接口速度等性能参数都有大幅度的增长，随之而来的是，保存数据的风险也会增加，介质故障会导致巨大的数据损失。在企业信息系统数据安全防护工作中，多介质备份，异地备份等预防容灾措施无疑是非常重要和有效的，然而如果灾难已经发生，如何结合理论基础和各类技术手段，尽最大努力地从问题介质中恢复可能恢复的数据，减轻或避免损失，亦是重中之重。以下结合某企业信息系统实际工作实践，阐述关于Windows平台下数据恢复的若干技术措施。

1 常用存储介质简介

现阶段我们最常用的可覆写存储介质有硬盘和闪存。硬盘从应用途径来划分包括我们常见的家用级硬盘，为7×24小时运行而设计的企业级硬盘及磁盘阵列。闪存介质中，U盘最为常见，其它还有TF卡，SD卡等用于手机，数码相机等数码设备的小型数字存储卡，可通过USB读卡器转接在计算机上使用。

2 数据恢复理论基础

丢失数据有诸多原因，不同存储介质在恢复数据时所使用的技术也不尽相同，本文阐述的主要是常见存储介质如硬盘和U盘。

在数据恢复工作中，我们最常打交道的莫过于硬盘，磁性存储技术的工作原理是通过改变粒子极性状态而达到在磁性介质上存储数据的目的。读取数据时，磁头将介质上的磁粒子极性转换成相应的电信号，并转换成计算机可识别的数据形式。写操作也是如此。要访问并使用硬盘上保存的数据文件，通常需要操作系统所提供的文件系统功能，如Windows下最常见的两种文件系统为FAT32与NTFS，文件系统维护着存储介质上所有文件的索引。由于系统效率等多方面的考虑，在目前的主流操作系统中，当我们使用操作系统提供的功能删除文件数据时，磁介质上的磁粒子极性并不会被清除，操作系统只对文件系统的索引部分进行修改，将被删除文件进行删除标记，意味着允许其它数据使用被删除文件所占用的存储区域。类似的，对存储介质进行格式化操作时，也不会抹除介质上的实际数据信号。正是由于操作系统在处理文件数据时的这种设定，为我们进行数据恢复提供了可行性。

需要注意的是，这种恢复通常只能在数据文件删除之后原存储区域未写入新数据的情况下进行。如果有新的数据写入原删除文件的存储区域，磁粒子极性将无法撤销地改变，原数据将被真正意义上清除。因此如发现误删重要文件，应尽量立即停止使用计算机，以免操作系统缓存，第三方软件的临时文件等不可预知的写入操作可能会使用被删文件所在的存储区域。

除了磁性存储介质之外，其它一些类型存储介质的数据恢复也基于同样的原理，例如U盤、TF卡、SD卡等等。因为这些存储设备也和磁盘一样使用类似扇区、簇这样的方式来对数据进行管理。

3 数据故障原因分析

对数据故障原因了解得越清楚，恢复数据的成功率就越高，使用错误的恢复方式不仅无法恢复数据，而且可能会对数据造成进一步的破坏，导致无法挽回的损失。

数据丢失最常见的原因当属人为操作不当，如误删除文件，编辑文档时以无用数据覆盖有用数据并进行了保存操作。另外存储设备本身的故障也占了很大比例。目前商用计算机所配置硬盘均为普通硬盘，其并非为7×24小时工作而设计，考虑加班的情况，计算机一天之内的开启时间往往达十多个小时，长此以往对计算机整机系统尤其是硬盘是较大的负担，导致硬盘故障率升高。如果使用者个人的数据安全，重要数据备份意识较为淡薄，则发生数据损失的机率大大增加。

文件误删除与磁盘或分区的格式化，相对来说较容易处理，因为这些数据实际上并没有从介质中被真正清除，通过一些常用数据恢复软件通常能够有较好的恢复效果。而如果是文件被病毒破坏，文件内容被覆盖并有保存操作，第三方软件造成的文件损坏，恢复起来会有一定难度甚至无法被恢复。另外一旦发生存储介质损坏的情况，则可能需要借助专用的硬件设备来执行恢复操作。

因此我们了解到，数据故障可分为逻辑损坏与物理损坏。逻辑损坏大多是由于误操作、系统故障、病毒、升级或安装软件错误等造成数据逻辑结构不完整而无法读取的数据。一般表现为存储介质可以被计算机识别，但数据无法读取。而发生物理损坏时，存储介质大多已经不能被计算机识别和读取。在数据恢复工作中应根据具体情况，采取不同的恢复手段。

4 数据恢复手段与措施

4.1 介质逻辑损坏

逻辑损坏存在多种情况，下面列出常见的一些故障及解决方法。

1）磁盘分区表损坏可能造成无法正确识别原有分区，多表现为盘符消失，磁盘显示为动态磁盘，文件目录无法显示或显示不全，此时应首先尝试使用分区表修复工具如DISKFIX修复分区表，单纯的分区表损坏并不会损坏原有的文件目录结构，修复分区表之后，原有文件及目录可正常读取。

2）文件系统中的逻辑错误，如特定分区无法打开，特定文件虽然目录存在但无法读取，一般都是由于文件系统发生错误导致索引失效造成的，Windows自身即带有一个命令行工具chkdsk.exe能够执行修复工作，常用命令格式及参数设置为chkdsk x： /f，x为要修复的磁盘分区盘符，带有/f参数即为修复存在的错误。

3）文件误删除及格式化分区，目前优秀并常用的数据恢复软件有FinalData，EasyRecovery，RecoverNT等，每一种软件的具体工作方式不尽相同，有的软件针对不同的文件系统有不同的版本，如果某个工具无法恢复的可换用另外的工具尝试，例如EasyRecovery，针对不同的数据丢失原因设定了不同的恢复方式，具有明晰的操作界面。需要再次重申的是，一旦发现误删除重要文件，应立即停止使用计算机，最好将硬盘取下，挂接到其它计算机上进行恢复工作，以防原硬盘操作系统或安装的第三方软件可能会使用被删除文件所在的硬盘区域。

4）常用文件类型修复

在进行文件修复时，应将原始文件（受损文件）作好备份，以防不正确的修复手段进一步破坏数据。

（1）CAD图形修复

科研设计院所常使用AutoCad作为主要生产工具，生成的图形文件后缀名为.dwg，dwg文件可能是长时间的工作劳动成果，一旦发生损坏，会给设计人员造成时间和精力上的双重损失，甚至影响团队的工作进度。Dwg文件的可恢复性，主要是指文件受到破坏，导致文件头丢失，文件不完整，但部分图形数据是可用的，可能恢复部分工作量。因此具有一定实际意义。

修复DWG文件有以下几种常见措施：

首先可尝试能否从AutoCad自身的备份机制中恢复，找到和原文件同名的扩展名为.bak或者.sv$，更改它们的扩展名为.dwg，有可能可以使用。bak文件一般都和原.dwg文件在同一个文件夹中，.sv$文件为自动保存的文件，它保存在"选项"，"文件"，"自动保存文件"栏下指示的路径。

AutoCad自身的recover命令，可以修复部分受损文件。

用插入块的方法把损坏的图插入到一个新的图形中，具体操作步骤为：新建文件，使用ddinsert命令把损坏的文件插入到新图中。当插入图形时不要把插入点定位在0，0点，选择一个任意的点，如果此文件对坐标要求准确的话，可以键入1，1作为插入点，在文件修复后，再重新移动到0，0点。

更换其它版本的AutoCad尝试打开损坏文件

尝试用其他软件如coreldraw、3d max等导入该文件，如操作成功再导出为AutoCad可识别的格式，通常是dxf文件。

第三方软件修复，常用的第三方工具如Acme CAD Converter，虽然并非专业的修复DWG文件工具，但是在某些情况下可以导入损坏的dwg文件，达到部分修复的目的。

（2）Word文档，Excel表格等Office办公文件

在Office办公套件中，因意外斷电，非法关闭等原因导致的文件损坏情况，Office自身提供了恢复机制，再次打开Office时，程序提供最近的缓存文件以供选择恢复。如果是文件结构损坏导致Office程序无法识别读取，可以使用第三方软件如EasyRecovery，针对性地对Word，Excel等文档进行修复，将仍然可用的数据恢复到新文档中，挽回部分工作量。

4.2 介质物理损坏

存储介质故障一般需要较为专业的设备来执行恢复工作，如果是控制部分损坏，如控制芯片烧毁等，而存储数据的介质本身如磁盘盘片，闪存存储模块没有损坏的话，恢复的可能性很大。

以硬盘故障为例，恢复工作要求在具备国际百级要求的无尘净室中进行，所有操作设备置于非写入状态，以防破坏数据。待处理的硬盘先接入特殊控制板，在禁止硬盘主轴电机启动的状态下拆开外壳。磁头会被固定，无法接触磁盘表面，之后再利用高频示波器、信号分析仪等专业设备检查硬盘受损情况。使用专用读盘机读取介质。所有读出的原始数据信号由专业人员还原成可用数据文件。

可以看出，专业级的数据恢复成本较高，而根据恢复的数据量，价格可能还要高很多。因此是否采用该方式进行恢复，应视数据的价值，重要性而定。

5 结语

我们介绍了各种技术手段下的数据恢复，然而在数据恢复工作中，没有方法或手段可以100%地确保恢复成功，有时甚至需要一点运气成份，但如果我们能够深入了解数据恢复的技术和常见措施，就能够提高紧急情况下恢复数据的成功率，尽量避免由于数据损坏给我们的工作和生活带来更大的损失。

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