摘要：硬盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最主要的外部存儲設(shè)備，硬盤上存儲的數(shù)據(jù)會因?yàn)楦鞣N原因遭到損壞或丟失，數(shù)據(jù)恢復(fù)是將硬盤上損壞或丟失的數(shù)據(jù)重新找回來，還原為正?？捎脭?shù)據(jù)的過程。該文主要分析了硬盤文件存儲和讀取的原理，以及數(shù)據(jù)恢復(fù)的原理，論述了硬盤數(shù)據(jù)損壞或丟失的原因和類型，以及相應(yīng)的恢復(fù)方法。

關(guān)鍵詞：硬盤；數(shù)據(jù)；文件；數(shù)據(jù)恢復(fù)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0166-02

硬盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最主要的外部存儲設(shè)備，由于其容量大、速度快以及可以斷電保存的特點(diǎn)，所以被廣泛用于存儲各類軟件和數(shù)據(jù)。對于信息時(shí)代的我們來說，數(shù)據(jù)存儲越來越重要，硬盤數(shù)據(jù)的損壞或丟失有時(shí)會給我們造成無法估量的損失。

硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)是指通過技術(shù)手段，將保存在計(jì)算機(jī)硬盤上損壞或丟失的數(shù)據(jù)還原為正?？捎脭?shù)據(jù)的過程。通常情況下的硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)分為邏輯恢復(fù)和物理恢復(fù)，邏輯恢復(fù)是指對硬盤誤操作而格式化、誤刪除文件、突然斷電以及系統(tǒng)感染計(jì)算機(jī)病毒等造成的數(shù)據(jù)丟失的恢復(fù)；物理恢復(fù)是指由于硬盤磁頭變形或定位不準(zhǔn)、盤片劃傷、電機(jī)故障、控制芯片或電路板燒壞等硬件損壞造成數(shù)據(jù)丟失的恢復(fù)。物理恢復(fù)涉及物理設(shè)備的硬件維修，只能將硬盤交給專業(yè)維修人員進(jìn)行處理了，該文只論述硬盤數(shù)據(jù)的邏輯恢復(fù)。

1 硬盤文件的存儲與讀取原理

在存儲文件的時(shí)候，操作系統(tǒng)首先會在硬盤上記錄所有空間使用情況的文件分配表中，找到足夠容納新文件的空間，然后把文件內(nèi)容寫到相應(yīng)的扇區(qū)上，最后在分配表中標(biāo)出該空間被占用了。在刪除文件的時(shí)候，一般并不對文件所占用的扇區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而僅僅是在該分配表中標(biāo)記哪些空間是空白的，可以分配給其他文件使用，被刪除文件的實(shí)際內(nèi)容并沒有被破壞，可以恢復(fù)回來。但是如果刪除一個(gè)文件后，在文件原來所在的扇區(qū)上，又存儲了一個(gè)新文件，那么被刪除文件所占用的扇區(qū)就可能被新的文件占用，這時(shí)就可能無法恢復(fù)被刪除的文件了。

文件的讀取：操作系統(tǒng)首先從目錄表（DIR）區(qū)中讀取有關(guān)文件信息，即文件主名、擴(kuò)展名、文件占用字節(jié)大小、文件建立和修改的日期，以及該文件在數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）中存儲的第一個(gè)簇的簇號。然后操作系統(tǒng)從這個(gè)簇中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，接著判斷該簇號在文件分配表（FAT）中所代表的單元的內(nèi)容是否為“FF”，如果是則表示文件結(jié)束。否則從該處讀取下一個(gè)簇的簇號，再讀取該簇號所代表單元的內(nèi)容，這種讀取操作會一直重復(fù)下去直到文件結(jié)束標(biāo)志為止。

文件的存儲：當(dāng)保存文件時(shí)，操作系統(tǒng)首先是在硬盤的目錄表（DIR）區(qū)中找到空閑位置寫入文件名、文件字節(jié)大小和創(chuàng)建時(shí)間等信息，然后在數(shù)據(jù)區(qū)（DATA中）找到空閑位置將文件保存，并將數(shù)據(jù)區(qū)的第一個(gè)簇寫入目錄表中，同時(shí)完成文件分配表（FAT）的填寫。

文件的刪除：文件的刪除操作只是將目錄區(qū)中文件的第一個(gè)字節(jié)內(nèi)容改為“E5”，表示該文件被刪除了，同時(shí)改寫引導(dǎo)扇區(qū)的第二個(gè)扇區(qū)中表示該分區(qū)占用空間大小的相應(yīng)信息。而硬盤的高級格式化操作只是重寫了文件分配表（FAT），并沒有把數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)刪除，至于硬盤分區(qū)操作也只是修改了主引導(dǎo)扇區(qū)和操作系統(tǒng)扇區(qū)，大部分的數(shù)據(jù)區(qū)中的內(nèi)容并沒有改變。

2 硬盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)原理

在硬盤內(nèi)部有一個(gè)校驗(yàn)公式，可用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性校驗(yàn)。校驗(yàn)方法是將每個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容和伺服信息通過校驗(yàn)公式計(jì)算，得到的值我們稱之為校驗(yàn)和，這個(gè)值是唯一的，也即對于每個(gè)扇區(qū)其值都不相同。換句話說，只要數(shù)據(jù)改變存儲內(nèi)容或存儲扇區(qū)位置，其校驗(yàn)和都不會相同。對于數(shù)據(jù)因?yàn)檎`操作而損壞或丟失的情況下，我們可以完全利用這個(gè)數(shù)據(jù)恢復(fù)原理，通過逆向運(yùn)算找到剩余的原始信息，就能夠把數(shù)據(jù)完整地恢復(fù)出來。

在對硬盤的操作中，快速低級格式化、硬盤分區(qū)、快速高級格式化（假設(shè)格式化時(shí)沒有使用/U這個(gè)無條件格式化參數(shù)）、刪除文件、重整硬盤缺陷列表等操作，都不會真正將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)區(qū)Data中實(shí)際抹去?？焖俚图壐袷交话阒挥杏脖P廠家才能實(shí)現(xiàn)，是通過軟件快速重寫每個(gè)盤面、柱面、扇區(qū)等初始化信息，不會將扇區(qū)中的數(shù)據(jù)抹掉。硬盤分區(qū)和快速高級格式化是重新構(gòu)造新的扇區(qū)信息和文件分區(qū)表，不會對原來扇區(qū)中Data區(qū)的數(shù)據(jù)造成影響。刪除文件只是在目錄區(qū)作了刪除標(biāo)記，將文件的地址信息從列表中抹去，而數(shù)據(jù)本身并沒有真正被刪除，除非在原來數(shù)據(jù)所在扇區(qū)重新寫入了新的數(shù)據(jù)。重整硬盤缺陷列表是把新的缺陷扇區(qū)加入到G列表或者P列表中，對于其他扇區(qū)中的數(shù)據(jù)沒有任何影響。對于以上這類操作造成硬盤數(shù)據(jù)“損壞”或“丟失”的情況，在進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)是比較容易的，關(guān)鍵是在以上操作之后，千萬不要在硬盤上寫入任何其他數(shù)據(jù)。因此，各類數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件正是利用Data區(qū)中的數(shù)據(jù)不易被改寫，從而根據(jù)其中殘留的種種痕跡來恢復(fù)數(shù)據(jù)的。

3 硬盤數(shù)據(jù)損壞或丟失的原因

3.1硬件故障

硬件故障是造成數(shù)據(jù)損壞或丟失的重要原因之一，如供電電壓不穩(wěn)造成系統(tǒng)自動(dòng)重啟、硬盤出現(xiàn)壞道、盤片劃傷、磁頭變形、磁頭臂斷裂、磁頭放大器損壞、芯片組或其它元器件損壞等。硬件故障屬于物理故障，維修工作需要有關(guān)專業(yè)設(shè)備和儀器的支持，所以對于一般用戶很難掌握，而且由硬件故障造成的數(shù)據(jù)損壞或丟失往往恢復(fù)的可能性很小。因此，避免硬件故障的發(fā)生是防止數(shù)據(jù)丟失的有效途徑，比如定期進(jìn)行檢修維護(hù)、更新?lián)Q代硬件等。

3.2惡意程序或網(wǎng)絡(luò)非法入侵

惡意程序一般是指網(wǎng)絡(luò)上流行的各種計(jì)算機(jī)病毒，系統(tǒng)感染病毒后會導(dǎo)致不同程度的系統(tǒng)癱瘓、程序被破壞或數(shù)據(jù)丟失，更為嚴(yán)重的甚至?xí)斐捎脖P損壞、主板BIOS芯片被破壞。計(jì)算機(jī)病毒無論是改變硬盤引導(dǎo)區(qū)、可執(zhí)行文件，還是Office文檔，都可能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行或?qū)е聰?shù)據(jù)丟失，即使是良性伴隨性病毒，同樣也會對數(shù)據(jù)進(jìn)行破壞。除此之外，網(wǎng)絡(luò)黑客的非法入侵也經(jīng)常對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行盜取和破壞。因此，有效地防治計(jì)算機(jī)病毒感染和網(wǎng)絡(luò)非法入侵對于數(shù)據(jù)安全性有著重要的意義。

3.3 誤操作

除了客觀存在的各種因素造成數(shù)據(jù)損壞或丟失的原因外，硬盤數(shù)據(jù)也經(jīng)常因?yàn)槿藶榈卣`操作導(dǎo)致?lián)p壞或丟失。尤其是對于一些計(jì)算機(jī)初學(xué)者用戶，由于理論知識不足和實(shí)際操作技能欠缺，有可能會對系統(tǒng)進(jìn)行誤操作，如刪除系統(tǒng)重要文件、非正常關(guān)機(jī)、誤將硬盤格式化、重裝系統(tǒng)時(shí)刪除分區(qū)等等都會造成數(shù)據(jù)的損壞或丟失。 因此，計(jì)算機(jī)的操作人員需要進(jìn)行必要的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，以掌握計(jì)算機(jī)操作的基本技能，這樣也可以減少硬盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞或丟失的可能性。

除以上三種原因外，突然斷電有時(shí)也會造成硬盤損壞或數(shù)據(jù)丟失，或?qū)е孪到y(tǒng)無法正常啟動(dòng)、內(nèi)存溢出或者進(jìn)程非法終止而損壞當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)文件。其他情況如軟件更新升級有時(shí)也會帶來一些問題，從而造成重要數(shù)據(jù)被破壞。

4 硬盤數(shù)據(jù)損壞類型及恢復(fù)方法

4.1硬盤分區(qū)表損壞

導(dǎo)致硬盤分區(qū)表損壞的原因可以是誤操作或者是計(jì)算機(jī)病毒的破壞，而更通常的原因是硬盤讀寫過程中突然遇到斷電造成的。如果硬盤在進(jìn)行磁盤整理或者讀寫大量數(shù)據(jù)的情況下，突然斷電就可能造成分區(qū)表損壞。

恢復(fù)分區(qū)表的損壞使用DiskMan軟件是比較合適的，一般情況下可以很容易地恢復(fù)，而實(shí)際操作中，這種恢復(fù)方法是通過軟件的算法進(jìn)行的。但是實(shí)際情況是，每個(gè)硬盤的分區(qū)都不可能一樣，而軟件算法是固定的，所以在進(jìn)行分區(qū)表恢復(fù)時(shí)就不可能做到100%的恢復(fù)。跟據(jù)實(shí)際操作證實(shí)，其數(shù)據(jù)恢復(fù)概率只有90%。我們可以先使用DiskMan軟件很容易地恢復(fù)主分區(qū)，然后啟動(dòng)操作系統(tǒng)，再嘗試使用FinalData軟件來恢復(fù)其他分區(qū)里面的數(shù)據(jù)，通常可以完全恢復(fù)過來。DiskMan軟件支持的分區(qū)文件格式很多，即使是NTFS、EXT等格式的分區(qū)表損壞，也能比較有效地恢復(fù)好。

如果硬盤分區(qū)是FAT或FAT32格式的話，使用NDD（Norton Disk Doctor）軟件修復(fù)分區(qū)會更有效。操作方法是使用原來的分區(qū)軟件，按照原來每個(gè)分區(qū)的大小重新分區(qū)，但是要記住不要在分區(qū)之后作格式化。有些分區(qū)軟件如Partition Magic等，通常在默認(rèn)情況下都是進(jìn)行分區(qū)連帶格式化的，操作時(shí)要首先在設(shè)置里面取消分區(qū)連格式化的選項(xiàng)即可。重新分區(qū)之后，用光盤啟動(dòng)操作系統(tǒng)或者把這塊硬盤連接到另外一臺計(jì)算機(jī)上面，運(yùn)行NDD軟件，選擇其中的Diagnose進(jìn)行診斷。這時(shí)，NDD會對硬盤進(jìn)行全面掃描，如果有問題的話，會顯示提示信息，只要根據(jù)提示選擇修復(fù)項(xiàng)目即可，全部修復(fù)完成后，重新啟動(dòng)機(jī)器，硬盤所有分區(qū)和所有原來的文件就都完好無損了。

4.2文件誤刪除

文件刪除后的恢復(fù)方法相對簡單。操作系統(tǒng)刪除文件時(shí)進(jìn)行兩個(gè)方面的操作：一是將文件在目錄表DIR中的相應(yīng)文件目錄登記項(xiàng)的第一個(gè)字節(jié)更改為E5；二是將文件所占簇號在文件分配表FAT中的記錄清零，以釋放該文件所占空間。文件數(shù)據(jù)信息仍然“保留”在硬盤數(shù)據(jù)區(qū)Data中。因此，這種類型的數(shù)據(jù)恢復(fù)只要通過某些硬盤管理工具或者數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件（如EasyRecovery），按照有關(guān)的設(shè)置進(jìn)行操作就可以恢復(fù)數(shù)據(jù)。必須注意的是，恢復(fù)后的文件數(shù)據(jù)一定不能存放在原來的硬盤分區(qū)中。

綜上所述，在硬盤安裝好操作系統(tǒng)之后最好對硬盤分區(qū)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并且定期對系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，做到防患于未然。在這里要提醒大家的是，數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件不是萬能的，對損壞或丟失的數(shù)據(jù)有時(shí)可能做不到完全恢復(fù)，所以及時(shí)備份數(shù)據(jù)就顯得更為重要了。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳連鎖，劉保利.微機(jī)組裝與維護(hù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 張樹.硬盤故障處理與數(shù)據(jù)維護(hù)[M].北京：電子科技出版社，2012.

[3] 史濟(jì)民.微機(jī)硬件基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4] 張衛(wèi)婷.硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)原理及實(shí)現(xiàn)綜述[J].電腦學(xué)習(xí)，2011（2）.