王剛

摘要：機(jī)械硬盤在讀寫速度方面具有局限性，為了更好地提高硬盤的讀寫性能，固態(tài)硬盤應(yīng)運(yùn)而生，由于固態(tài)硬盤的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，加上社會(huì)各行業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)特性的廣泛需求，為固態(tài)硬盤的批量化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這就極大地促進(jìn)了固態(tài)硬盤在社會(huì)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。尤其是在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，固態(tài)硬盤幾乎全覆蓋了各行業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、保護(hù)、管理起到了重要的作用。但受各方面因素的影響，固態(tài)硬盤在受到損壞的情況下，極容易出現(xiàn)所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)丟失的情況，對(duì)人們的信息安全造成了不好的影響。為對(duì)固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況做出一個(gè)相對(duì)深入的探究，本文以固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)為研究對(duì)象，通過對(duì)固態(tài)硬盤概念、存儲(chǔ)原理等內(nèi)容的概述，探究了固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)，并對(duì)固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：固態(tài)硬盤;數(shù)據(jù)恢復(fù);硬盤數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

中圖分類號(hào)： TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0286-02

1 固態(tài)硬盤的概念、存儲(chǔ)原理

1.1 固態(tài)硬盤的概念

傳統(tǒng)的機(jī)械鍵盤由于需要多次進(jìn)行尋址，其讀寫性能較差，在很多要求讀寫性能比較高的場(chǎng)景中無法得到使用。為了更好地滿足讀寫性能的要求，固態(tài)硬盤對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行了改良，由傳統(tǒng)的硬盤變?yōu)殚W存進(jìn)行存儲(chǔ)，雖然能夠極大地提高讀寫性能，但是由于閃存無法進(jìn)行頻繁地寫入和擦除，使得閃存的壽命較短，所以就需要考慮壞塊后的數(shù)據(jù)恢復(fù)問題，而數(shù)據(jù)恢復(fù)問題又分為多個(gè)方面，是一個(gè)非常值得研究的話題，對(duì)于提高固態(tài)硬盤的使用質(zhì)量有著更好地提高。

1.2 固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)原理

1）固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)管理結(jié)構(gòu)，為了更快地應(yīng)用固態(tài)硬盤技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械硬盤技術(shù)，使其能夠快速地進(jìn)行切換和使用，固態(tài)硬盤在進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)保留了原有的數(shù)據(jù)讀寫接口，只是存儲(chǔ)的介質(zhì)發(fā)生了變化，因此在使用固態(tài)硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)，與傳統(tǒng)機(jī)械鍵盤的使用方法類似，存儲(chǔ)介質(zhì)的改動(dòng)對(duì)于用戶是透明的，保留了用戶的使用習(xí)慣，降低了固態(tài)硬盤使用的普及難度，使得固態(tài)硬盤能夠得到快速的應(yīng)用和推廣，并在很多領(lǐng)域得到了廣泛使用。

2）固態(tài)硬盤的地址映射技術(shù)，對(duì)于固態(tài)硬盤來講，地址主要分為三類：物理地址、邏輯地址和虛擬地址，這三類地址的用途如下：物理地址是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地址，邏輯地址是對(duì)用戶而言的，例如;一個(gè)扇區(qū)可以看作是一個(gè)邏輯地址，但是其實(shí)際的物理地址可能存在多個(gè)，邏輯地址主要是通過虛擬地址的映射與物理地址建立關(guān)系，使得數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)與用戶進(jìn)行剝離，能夠更加方便地實(shí)現(xiàn)一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和優(yōu)化的技術(shù)。

3）損耗均衡策略，根據(jù)上文的論述可知，固態(tài)硬盤主要是通過閃存介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，雖然能夠提高讀寫性能，但是由于閃存的寫入和擦除次數(shù)是非常有限的，因此損害均衡的策略出現(xiàn)，能夠使得存儲(chǔ)介質(zhì)的使用壽命和讀寫性能之間取得平衡。損耗均衡技術(shù)的原理如下：為了避免對(duì)同一個(gè)數(shù)塊的反復(fù)讀寫，會(huì)將讀寫分散到不同的塊上，從而使得讀寫變得均衡，也能夠使得不同塊的讀寫次數(shù)大致相近，從而確保了固態(tài)硬盤的讀寫質(zhì)量。

4）其他存儲(chǔ)原理，固態(tài)硬盤在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程中，還會(huì)涉及垃圾回收，就是一些已經(jīng)刪除數(shù)據(jù)的處理方式，已經(jīng)刪除的數(shù)據(jù)不會(huì)立刻被刪除，而是下次寫入時(shí)直接進(jìn)行覆蓋，這樣可以節(jié)約一次寫入，提高存儲(chǔ)介質(zhì)的使用壽命;壞塊的管理，當(dāng)固態(tài)硬盤在使用過程中出現(xiàn)壞塊時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)壞塊進(jìn)行標(biāo)記，后續(xù)的寫入會(huì)跳過壞塊，但是對(duì)于上層的用戶來講是無感知的。

2 固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)

根據(jù)上文的論述可知，固態(tài)硬盤在提高讀寫性能的同時(shí)，也會(huì)存在存儲(chǔ)介質(zhì)使用壽命過短的情況，如果是在寫入之前就能夠判斷壞塊的情況，那么可以通過跳過壞塊的技術(shù)進(jìn)行處理;但是，如果數(shù)據(jù)塊在寫入數(shù)據(jù)后損害，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)就無法得到恢復(fù)，對(duì)用戶的使用會(huì)產(chǎn)生重要的影響。因此，固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，能夠很好地解決固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)塊損壞的問題，固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)如下：

2.1 固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)刪除的原理

由于固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)寫入和擦除的次數(shù)是有限的，因此為了提高其使用壽命，在進(jìn)行數(shù)據(jù)刪除時(shí)，并不是直接擦除相依的數(shù)據(jù)，只是對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)打上一個(gè)待擦除的標(biāo)簽，用戶在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取時(shí)，檢測(cè)到標(biāo)簽是待刪除就無法讀取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶角度的數(shù)據(jù)刪除功能;當(dāng)下次對(duì)該數(shù)據(jù)塊進(jìn)行寫入時(shí)，則會(huì)直接選擇覆蓋的方式進(jìn)行寫入，這樣可以節(jié)約一次擦除的行為，使得數(shù)據(jù)塊的使用壽命得到較大的提高。

但是，當(dāng)數(shù)據(jù)量非常大時(shí)，數(shù)據(jù)塊的數(shù)量不夠，因此固態(tài)硬盤也會(huì)進(jìn)行一些垃圾回收機(jī)制，被刪除的對(duì)象會(huì)按照被刪除的時(shí)間順序，被垃圾回收機(jī)制進(jìn)行刪除操作，這樣會(huì)始終保留足夠的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入，因此這就使得固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為可能，數(shù)據(jù)恢復(fù)的情況可以分為以下三種：第一，數(shù)據(jù)恢復(fù)前，數(shù)據(jù)沒有出發(fā)垃圾回收機(jī)制，數(shù)據(jù)依然是按照順序進(jìn)行存放的;第二，數(shù)據(jù)恢復(fù)前，固態(tài)硬盤上的數(shù)據(jù)沒有觸發(fā)垃圾回收機(jī)制，但是會(huì)存在多次修改的情況，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不完整;第三，固態(tài)硬盤執(zhí)行了垃圾回收，數(shù)據(jù)可能存在多次被截?cái)嗟那闆r。

2.2 固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)原理

根據(jù)固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理可知，其數(shù)據(jù)恢復(fù)會(huì)存在多個(gè)步驟，主要分為以下兩個(gè)部分：第一，對(duì)象信息的查找，固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)寫入和讀取方式與傳統(tǒng)機(jī)械硬盤是不同的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，會(huì)先對(duì)存儲(chǔ)對(duì)象建立信息的標(biāo)簽，然后才會(huì)在固態(tài)硬盤進(jìn)行真實(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寫入;而固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，需要首先對(duì)這些寫入信息的對(duì)象信息進(jìn)行查找，找到后才能夠根據(jù)對(duì)象信息尋找到數(shù)據(jù)真正存儲(chǔ)的位置。固態(tài)硬盤對(duì)象信息的查找具有如下特點(diǎn)：第一，查找順序是倒序的，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)刪除和垃圾回收機(jī)制中，都是對(duì)先標(biāo)記為刪除的數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)的刪除操作，也就是說排在后面的數(shù)據(jù)標(biāo)記的時(shí)間比較新，因此具有更多的恢復(fù)價(jià)值;第二，從時(shí)間維度上看，總是先恢復(fù)最后寫入的數(shù)據(jù)，然后按照寫入的時(shí)間順序依次向前找，直到恢復(fù)所有可能的數(shù)據(jù)位置。第三，當(dāng)對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊存在多次操作時(shí)，則以最后的存儲(chǔ)為主，這是該數(shù)據(jù)對(duì)象的最新信息，其他信息則只是數(shù)據(jù)塊的歷史狀態(tài)，不需要全部進(jìn)行恢復(fù)，在進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，可以適當(dāng)跳過已經(jīng)恢復(fù)的數(shù)據(jù)塊，從而能夠加快恢復(fù)速度。

2.3 文件的拼裝

在完成了數(shù)據(jù)對(duì)象信息的查找之后，則需要對(duì)這些信息進(jìn)行拼接，從而能夠形成完整的文件。這是因?yàn)椋瑢?duì)于較大的文件來講，可能會(huì)存在多個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊中，在分散存儲(chǔ)時(shí)可能受到損耗均衡策略的影響，數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)位置是不確定的，因此就需要在恢復(fù)所有的數(shù)據(jù)塊后，在對(duì)文件進(jìn)行拼裝操作。主要包括以下幾個(gè)步驟：第一，根據(jù)文件的原始信息，對(duì)文件的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量、信息內(nèi)容等進(jìn)行對(duì)比，從而將文件進(jìn)行恢復(fù);第二，文件進(jìn)行拼裝后，還需要對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)操作，確保文件保留的信息都是最近一次的修改信息，避免出現(xiàn)歷史信息的情況。

3 固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的局限性可知，數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)發(fā)展是非常必要的，并且在實(shí)際工作中有著較為廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過本文的分析和總結(jié)，認(rèn)為固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

3.1 邏輯層數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

從上文的論述可知，邏輯層是針對(duì)用戶的使用情況而產(chǎn)生的，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了較為普通的固態(tài)硬盤，并且開啟Trim命令。實(shí)驗(yàn)過程如下：第一，先向固態(tài)硬盤中添加一些小文件，這些小文件占用的數(shù)據(jù)塊比較少，其余的數(shù)據(jù)塊都是空白的，沒有數(shù)據(jù)的寫入;第二，將小文件的各項(xiàng)信息進(jìn)行記錄，然后選擇幾個(gè)小文件進(jìn)行刪除;第三，刪除后等待一個(gè)小時(shí)候觀察，發(fā)現(xiàn)被刪除的數(shù)據(jù)依然存在在數(shù)據(jù)塊中，這說明固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)刪除并不是實(shí)時(shí)的，需要等待一段時(shí)間后才會(huì)被真正地刪除;第四，這時(shí)再向固態(tài)硬盤中寫入兩個(gè)較大的文件，這些文件會(huì)沾滿固態(tài)硬盤的絕大部分，經(jīng)過一個(gè)小時(shí)之后，再觀察上次被刪除的幾個(gè)小文件已經(jīng)不存在，這說明垃圾回收機(jī)制被觸發(fā)，可以得出垃圾回收機(jī)制是發(fā)生在寫入時(shí)的結(jié)論。

因此，對(duì)邏輯層進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)，需要在垃圾回收機(jī)制觸發(fā)之前，否則垃圾回收機(jī)制觸發(fā)之后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)就會(huì)被永久刪除，無法進(jìn)行恢復(fù);而垃圾回收機(jī)制會(huì)存在主動(dòng)回收和被動(dòng)回收兩種機(jī)制：主動(dòng)回收機(jī)制，是文件系統(tǒng)主動(dòng)觸發(fā)的，是為了更好地保持固態(tài)硬盤的讀寫性能，在寫入時(shí)會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)回收機(jī)制，這時(shí)寫入數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生抖動(dòng)的情況;被動(dòng)回收機(jī)制，該機(jī)制在發(fā)現(xiàn)固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)率達(dá)到一定的額度后，會(huì)對(duì)標(biāo)記為刪除的數(shù)據(jù)進(jìn)行回收，為后續(xù)的寫入提供足夠的空間，這種回收機(jī)制可以發(fā)生在任何時(shí)候。

3.2 物理層數(shù)據(jù)的恢復(fù)

物理層是固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)的真實(shí)存儲(chǔ)層，物理層的數(shù)據(jù)故障可能是多個(gè)方面的，主要分為兩種：主控?fù)p壞和電路板損壞，如果是主控?fù)p壞，那么更換一塊型號(hào)一致的電路板即可，將舊的電路板輕輕地取出，然后更換上新的電路板，并且放到對(duì)應(yīng)的位置固定好，然后就可以開始進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)的操作了;如果是電路板損壞，那么同樣是獲取一塊型號(hào)一致的電路板，將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)芯片更換到新的電路板上即可，但是其中的數(shù)據(jù)可能就無法進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)操作了。因此，在這種情況下，需要注意對(duì)固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)的備份和保存，從而能夠確保數(shù)據(jù)的完整性，也為數(shù)據(jù)恢復(fù)提供了更多的可能性。如果通過現(xiàn)有的固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)，無法對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的恢復(fù)，使用備份數(shù)據(jù)是最有效的恢復(fù)方式。

3.3 固件層數(shù)據(jù)恢復(fù)

固件層方面的故障，會(huì)使得固態(tài)硬盤出現(xiàn)不認(rèn)盤的情況，對(duì)于盤的型號(hào)、規(guī)模等相關(guān)數(shù)據(jù)無法進(jìn)行讀取，用戶在這種情況下，需要讓固態(tài)硬盤進(jìn)入特定的模式，對(duì)損壞的固件進(jìn)行修復(fù)，然后再對(duì)正常的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù);當(dāng)然，在一些特殊的情況下，依然無法將全部的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。這種情況下只能依靠原始的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，對(duì)固態(tài)硬盤中的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)操作。

綜上所述，固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，需要根據(jù)固態(tài)硬盤不同位置的數(shù)據(jù)損壞情況有選擇地使用，實(shí)際情況中，固態(tài)硬盤使用閃存介質(zhì)提高讀寫性能，但是也犧牲了數(shù)據(jù)的可靠性特點(diǎn)?？梢哉f固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)損壞是不可避免的，而且損壞的方式是多個(gè)方面的，雖然目前固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)有多種，但是針對(duì)一些特殊情況依然無法做到完全的數(shù)據(jù)恢復(fù)。所以，在進(jìn)行固態(tài)硬盤的使用時(shí)，還需要做好數(shù)據(jù)的備份機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的完整性，為用戶使用固態(tài)硬盤提供更多的保障機(jī)制。

4 小結(jié)

總之，根據(jù)上文的分析和論述可知，固態(tài)硬盤雖然大大提高了計(jì)算機(jī)的讀寫性能，但是其存儲(chǔ)介質(zhì)的壽命是有限的，從而時(shí)常會(huì)出現(xiàn)壞塊的情況，對(duì)于所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性產(chǎn)生的嚴(yán)重的影響。固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)能夠有效地對(duì)所損壞的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，提高用戶的使用體驗(yàn)。通過上述研究，我們對(duì)固態(tài)硬盤的概念、存儲(chǔ)原理以及固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)以及應(yīng)用情況都有了一個(gè)相對(duì)全面的了解和認(rèn)識(shí)。在今后的工作中，我們要結(jié)合我國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展情況，以市場(chǎng)發(fā)展為導(dǎo)向，不斷加大對(duì)于固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的研究力度，提升固態(tài)硬盤對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和保護(hù)性能。由于固態(tài)硬盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)涉及范圍較廣、知識(shí)點(diǎn)較多，本課題受篇幅限制只選取其中的一些方面進(jìn)行了探究，因此在研究上可能仍存在某些不完善之處。因此，作者也希望能夠借助本課題的研究，引起人們對(duì)本課題的廣泛熱議，促使更多的技術(shù)人員、研究人員廣泛的參與到本課題的研究中來，在群策群力的基礎(chǔ)上促進(jìn)本課題研究體系的完善。為我國(guó)固態(tài)硬盤恢復(fù)技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，切實(shí)保障計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。

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