网 络 安 全 体 系,网 盾 高 级 阶 段,主 讲： 尹 俊,E-mail：whuadmin315safe.com,网络安全体系课程,第23讲,硬盘结构及数据恢复,本章目标,了解数据存储介质 掌握硬盘的物理及逻辑结构 了解手工恢复数据 掌握利用工具恢复数据,数据存储介质基础,信息存储金字塔,数据存储介质基础,计算机存储设备分类 按体系结构上分：内存储器和外存储器 按存储原理上分：电存储技术、磁存储技术、光存储技术,数据存储介质基础,电存储技术： 电存储技术主要是指半导体存储器SCM（Semiconductor Memory），根据其工作方式不同，可分为随机存储器(RAM),只读存储器(ROM)及FLASH 讨论：日常生活中存在哪些利用电存储技术的存储芯片？举例说明。 思考：RAM，ROM，FLASH特点是什么？,数据存储介质基础,磁存储技术 磁存储主要是指磁表面存储器MSM（Magnetic Surface Memory）。磁表面存储器是用非磁性金属或塑料做基体，在起表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态记录信息“0”和“1”。基体和磁层合称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称为：磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器、磁盘存储器 目前广泛使用的MSM是磁盘和磁带存储器。,数据存储介质基础,磁盘技术 磁盘技术包括磁性盘片、电机、盘上方的伸缩臂及伸缩臂上的磁头 硬盘的速度由两个方面决定：内部传输率和外部传输率。从盘面到缓存的内部传输率等于位存储率密度乘以盘面的线速度。从缓存到主机内存的外部传输率则与硬盘所采用的外部接口标准有关。,数据存储介质基础,硬盘S.M.A.R.T技术 即自动监视分析及报告技术，Self-Monitoring Analysis & Reporting Technology 通过监视和分析硬盘工作时的状态和性能并显示出来，使用户可以随时了解硬盘的工作情况。当硬盘发生失效时，用户可以及时获得警告，从而采取适当的措施保证硬盘中的数据不受损失。,数据存储介质基础,光存储技术(ODM，Optical Disk Memory) 是将用于记录的薄层涂敷在基体上构成记录介质。记录薄层有非磁性材料与磁性材料两种，前者构成光盘介质，后者构成磁光盘介质。其存储容量大且盘片易更换。缺点是存储速度比硬盘低一个数量级。 目前我们所能接触的光存储设备有： CD-ROM 只读光盘； CD-R 允许用户自己写一次的CD； CD-RW 多次读写光盘，采用CD-R的格式； MO 永磁光盘，可以重复读写，数据保存长达100年； 相应的DVD产品可以视为 CD的后代。,数据存储介质基础,各种存储技术的速度比较 电存储磁存储光存储 思考：在我们的计算机系统中，存储速度最快的部件，是什么？ 是内存？ 硬盘？ 还是其他？,二 数据恢复技术基础,什么是数据恢复： 数据恢复就是把遭受破坏、或由硬件缺陷导致不可访问，或者不可获得，或者由于误操作等各种原因导致丢失的数据还原成正常的数据，即恢复到它本来的面目。 数据出现问题主要包括两大类：即逻辑问题与硬件问题，相应的恢复也分别称为软恢复和硬恢复。 软恢复：指一切可以通过“软”的方式进行的恢复，不涉及硬件修理的数据恢复。如病毒感染、误格式化、误删除、等等。 硬恢复：涉及硬件修理、由硬件损坏或者失效造成的数据恢复。如磁道损坏、磁盘划伤、磁组损坏、电路板芯片等等。,数据恢复技术基础,数据恢复的一般操作原则 备份当前尚能正常工作的驱动器上的所有数据。 将损坏的硬盘拿到正常的相同的操作系统下，如果条件允许，取下该硬盘，安装一个新的硬盘，在重新挂上坏硬盘之前对硬盘分区格式化，并确信立即更改CMOS设置。 调查使用者。了解详细情况。 如果可能，备份所有扇区。 准备扇区编辑工具，如WinHex、DiskEdit等。 尽可能得到使用者的关键文件信息。,数据恢复技术总论,硬盘的修理与数据恢复的比较,三 硬盘基础知识,硬盘出厂处理的基本流程 1、在生产线上装配硬盘的硬件部分，用特别设备往盘片上写入伺服信号（Servo write）. 2、格式化硬盘的系统保留区（service area），并向系统保留区写入程序模块和参数模块。程序模块一般用于硬盘内部管理，如加密解密程序、自监控程序、自动修复程序等。参数模块如型号、系统号、容量、口令、配件类型等。 3、扫描所使用的盘片表面按物理地址全面扫描，检查出所有的缺陷磁道和缺陷扇区，并将这些缺陷磁道和缺陷扇区按实际热处理地址记录在永久缺陷列表（Plist：Permanent defect list）中。Plist保留在系统保留区中，一般用户无法查看或修改。 4、系统调用内部低级格式化程序，根据相应的内部参数进行内部低级格式化，完成对所有的磁道和扇区进行编号、信息重写、清零等工作，在编号时，采用跳过的方法忽略掉记录在Plist中的缺陷磁道和缺陷扇区，保证以后用户不会也不能使用到那些缺陷磁道和缺陷扇区。,硬盘基础知识,常见的硬盘品牌 希捷(Seagate) 迈拓（Maxtor） 西部数据（WD） 三星(SAMSUNG) 日立(Hitachi) 富士通（FUJITSU）,硬盘基础知识,IDE接口的硬盘多属于温盘（Winchester）,由头盘组件（HDA,Head Disk Assembly）与印刷电路板组件（PCBA，Print Circuit Board Assembly）组成。 温彻斯特（Winchester）硬盘的结构特点： 1、磁头、盘片及运动机构密封在盘体内。 2、磁头在启动、停止时与盘片接触，在工作时因盘片高 速旋转，从而带动磁头“悬浮”，在盘片上面呈飞行状态，高度大约为0.1-0.3m 3、磁头工作时与盘片不直接接触 4、磁盘表面非常平整光滑,硬盘基础知识,常见的硬盘类型 PATA（IDE） SATA SCSI SCSI的英文名称是“Small Computer System Interface”,中文翻译为“小型计算机系统专用接口”;顾名思义,这是为了小型计算机设计的扩充接口,它可以让计算机加装其他外设设备以提高系统性能或增加新的功能,例如硬盘、光驱、扫描仪等。,四 硬盘的物理结构,硬盘正面结构,硬盘的物理结构,硬盘背面结构,硬盘的物理结构,硬盘外部结构 硬盘是一个集机、电、磁于 一体的高精度系统。 其外部结构可以分为两个部分：控制电路板和外壳,硬盘的物理结构,硬盘产品标签,硬盘的物理结构,硬盘产品标签,硬盘的物理结构,硬盘控制电路图片,硬盘的物理结构,硬盘控制电路图片,硬盘的物理结构,硬盘控制电路总得来说可以分为如下几个部份：主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等，其中主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作。,硬盘的物理结构,硬盘的物理结构,IDE硬盘的接口,硬盘的物理结构,SATA硬盘接口,硬盘的物理结构,SCSI硬盘的接口 对于SATA接口的硬盘，其内部结构与PATA内部结构是一样的。只是它们的对外接口不一样。,硬盘内部结构 硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。如下图：,硬盘的物理结构,细看硬盘内部结构,硬盘的物理结构,硬盘磁头及附属组件,硬盘的物理结构,五 硬盘的逻辑结构,硬盘的逻辑结构： 分区 磁道 柱面 扇区 容量,硬盘的逻辑结构,硬盘分区 形象的比喻就是硬盘犹如一个大柜子，要在这个柜子中存放各种文件， 有很多种方法。但是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“间隔”或抽屉“，绝不会就把一个大柜子当作一个抽屉来用。 常见的硬盘分区流程： 1，主分区 2，扩展分区 3，逻辑分区,硬盘的逻辑结构,硬盘分区,硬盘的逻辑结构,磁道(Track) 磁盘在格式化时被分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道 （track).磁道从外向内自0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有 3001024个磁道，新式大容量硬盘每面的磁道数就更多了。这些 磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化 了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻 磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相 互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸 软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通 常一面有成千上万个磁道。,硬盘的逻辑结构,柱面（Cylinder） 所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称作柱面。每个圆柱上的磁 头，由上而下从“0”开始编号。数据的读写是按柱面进行的。即磁头在读写 数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的 不同盘面即磁头上进行操作。只在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后才移 动磁头转移到下一柱面。,硬盘的逻辑结构,扇区（sector） 操作系统是以扇区形式将信息存储在硬盘上。每个扇区包括512字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分： 存储数据地点的标识符 存储数据的数据段 如下图所示：,硬盘基础知识,硬盘的逻辑结构,容量 硬盘的容量由盘面数（磁头数）、柱面数、和扇区数决定，其计算公式 为：硬盘容量=盘面数*柱面数*扇区数*512字节 常用的容量单位有：KB、MB、GB、TB、PB、EB 注：为什么一块40G的硬盘，显示的时候，却只有37G呢？ 这是因为由于表 示方法不标准造成的。,硬盘的逻辑结构,总结: 磁道（Track） 磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫磁道（Track）。磁道从外向内从0开始顺序编号。 柱面(Cylinder) 所有盘面上的同一磁道构成的一个圆柱，通常称做柱面（Cylinder）,每个柱面上的磁头由上而下从“0”开始编号。 扇区(Sector) 硬盘文件以扇区（Sector）形式将信息存储在硬盘上，每个扇区包括512个字节的数据和一些其他信息。,硬盘的逻辑结构,硬盘的逻辑结构,这些通常用来表示硬盘的物理地址，现在随着硬盘容量增大我们用逻辑地址即线性地址（LBA）。因此我们需要了解CHS与LBA之间的转换。,硬盘的逻辑结构,磁道,柱面和扇区用来定位硬盘的物理地址，现在随着硬盘容量增大我们用逻辑地址即线性地址（LBA）来表示. C/H/S与LBA地址的对应关系： 假设用C表示当前柱面号，H表示当前磁头号，Cs表示起始柱面号，Hs表示起始磁头号，Ss表示起始扇区号，PS表示每磁道有多少个扇区，PH表示每柱面有多少个磁道，则有以下对应关系： LBA=（C-Cs）*PH*PS+（H-Hs）*PS+（S-Ss） 注意:一般情况下，CS=0、HS=0、SS=1 、 PS=63、PH=255 计算:0/0/1(LBA)=? 0/0/63(LBA)=? 0/1/1(LBA)=? 220/156/18(LBA)=?,硬盘的逻辑结构,硬盘数据存储区域 MBR区：主引导记录 DBR区：操作系统引导记录区 FAT区：文件分配表 DIR区：文件目录表 DATA区：数据,这5个区域在硬盘逻辑分区上的排列如下：,逻辑磁盘中系统对文件的管理链 （FAT文件系统下）,MBR(master boot record)扇区：,MBR不随操作系统的不同而不同，意即不同的操作系统可能会存在相同的MBR，即使不同，MBR也不会夹带操作系统的性质。具有公共引导的特性。,硬盘的逻辑结构,MBR,MBR中的DPT信息,DOS逻辑盘与分区表链的关系,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