硬盤還原技術(shù)原理探究

王瓊

摘 要：文章以長城還原卡為例，簡單介紹硬盤還原技術(shù)的工作原理，分析多點還原技術(shù)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：硬盤還原；計算機保護

中圖分類號：TP309.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0091-02

1 硬盤還原技術(shù)簡介

硬盤還原技術(shù)，又稱系統(tǒng)還原技術(shù)，指能使硬盤的數(shù)據(jù)保持在計算機設(shè)置為保護時的狀態(tài)，對于學校計算機實驗室的維護和管理非常有用。因為每次學生所做的操作，在電腦重新啟動之后，都將恢復原樣，下一節(jié)課的操作環(huán)境還原為設(shè)置的最開始的保護狀態(tài) 。所以，硬盤還原技術(shù)逐漸成為學校計算機實驗室的常用手段，還發(fā)展出還原卡設(shè)備和還原軟件。很多品牌計算機如惠普、聯(lián)想、長城在針對學校的機型當中甚至集成了具有還原功能的還原卡產(chǎn)品，并且將系統(tǒng)還原和網(wǎng)絡(luò)拷貝功能統(tǒng)一集成在還原卡中。

2 硬盤還原的工作原理

硬盤還原的工作原理與操作系統(tǒng)的啟動流程和硬盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)在硬盤上的存儲格式是密不可分的。

2.1 操作系統(tǒng)的啟動流程

操作系統(tǒng)是運行在電腦上的底層軟件，故操作系統(tǒng)和計算機硬件是緊密結(jié)合在一起的。計算機通電后，首先讀取BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)），進行硬件自檢，自檢正常，BIOS根據(jù)設(shè)置的啟動順序?qū)⒖刂茩?quán)交給下一階段的啟動程序，即根據(jù)用戶指定的引導順序從硬盤、光盤或是優(yōu)盤中讀取啟動設(shè)備的主引導記錄，一般來說從硬盤啟動。根據(jù)主引導記錄去指定的位置找操作系統(tǒng)，若從硬盤啟動，這時計算機的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給硬盤的某個分區(qū)，然后轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)，啟動完成。啟動流程，如圖1所示。

2.2 硬盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

硬盤像一個倉庫，分區(qū)就是將一塊硬盤劃分為幾個部分，每個部分有不同的用途。安裝操作系統(tǒng)之前，要對硬盤進行格式化和分區(qū)，才能使用硬盤保存各種信息。

硬盤分區(qū)時，一般分成五個部分。如圖2所示。

硬盤的第一個扇區(qū)，是主引導扇區(qū)（Boot Sector），如圖3所示，由主引導記錄、硬盤分區(qū)表和引導區(qū)標記三部分組成。主引導記錄主要存放系統(tǒng)主引導程序和出錯信息存放區(qū)，其中系統(tǒng)主引導程序負責從活動分區(qū)中裝載并運行系統(tǒng)引導程序。硬盤分區(qū)表主要記錄磁盤的基本分區(qū)信息。

硬盤的第二個扇區(qū)，是操作系統(tǒng)引導扇區(qū)OBR（OS Boot Record），由引導程序和本分區(qū)參數(shù)記錄表組成。引導程序的主要作用是判斷本分區(qū)根目錄前兩個文件是否為操作系統(tǒng)的引導文件。分區(qū)參數(shù)記錄表，記錄了本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式等重要參數(shù)。

硬盤的第三個扇區(qū)，是文件分配表FAT（File Allocation Table），保存著文件的空間分配信息，是操作系統(tǒng)的文件尋址系統(tǒng)。文件分配表若損壞，就無法定位文件位置。

目錄區(qū) DIR （Directory）在文件分配表之后，它和文件分配表組合使用可以準確定位文件的位置。目錄區(qū)記錄著每個文件的起始單元、文件的屬性等參數(shù)。定位文件位置時，根據(jù)目錄區(qū)參數(shù)定位文件的起始單元，根據(jù)文件分配表定位文件的結(jié)束單元。

數(shù)據(jù)區(qū) DATA在DIR區(qū)之后，是存儲數(shù)據(jù)的區(qū)域，占據(jù)了硬盤的絕大部分空間。數(shù)據(jù)區(qū)可以說相當于倉庫里存放的實物。但沒有了文件分配表和目錄區(qū)這些部分，數(shù)據(jù)區(qū)無法讀取出文件。就像倉庫有實物，但是你沒有指路標示，就無法找到實物。日常中進行的格式化D盤，其實沒有把D盤在數(shù)據(jù)區(qū)DATA的數(shù)據(jù)清除，只是重寫了分區(qū)表FAT，在分區(qū)表中將D盤原來的數(shù)據(jù)全部清除，但是D盤數(shù)據(jù)內(nèi)容還是存在于數(shù)據(jù)區(qū)DATA中的內(nèi)容。對硬盤重新分區(qū)，絕大部分的數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)也沒有被改變，只是修改了主引導記錄和操作系統(tǒng)引導扇區(qū)，這也是硬盤數(shù)據(jù)能夠修復的原因。

2.3 數(shù)據(jù)存儲原理

2.3.1 文件的讀取

用戶讀取文件時，操作系統(tǒng)先從目錄區(qū)中讀取文件名稱、文件大小和文件在數(shù)據(jù)區(qū)保存的位置即簇等重要信息。確定了文件在數(shù)據(jù)區(qū)DATA的簇編號，就可以去數(shù)據(jù)區(qū)對應的簇開始讀取數(shù)據(jù)，但是目錄區(qū)沒有文件數(shù)據(jù)結(jié)束的簇編號信息，這時需要根據(jù)文件分配表的項和值來判斷此簇是否代表文件結(jié)束，如果不是結(jié)束，就繼續(xù)往下讀取數(shù)據(jù)，如果是文件結(jié)束標志，則表示文件結(jié)束。

2.3.2 文件的寫入

用戶保存文件時，操作系統(tǒng)首先在目錄區(qū)DIR中找到空區(qū)寫入文件名、文件大小和創(chuàng)建時間、修改時間和訪問時間等相應信息，然后在數(shù)據(jù)區(qū)Data找到空余空間將文件保存，并將數(shù)據(jù)區(qū)Data的第一個簇編號寫入目錄區(qū)DIR。

2.3.3 文件的刪除

文件刪除時，并不是將文件的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)區(qū)清除掉，而是在目錄區(qū)里把需要刪除的文件的第一個字符改成了刪除標志E5，數(shù)據(jù)區(qū)的相關(guān)內(nèi)容并沒有變化。

以硬件還原為例，還原卡一般安裝在主板PCI插槽里，現(xiàn)在更多的是將還原芯片直接集成在網(wǎng)卡當中，與網(wǎng)卡一起配合完成網(wǎng)絡(luò)拷貝、系統(tǒng)還原的功能。還原卡上裝載了一塊ROM芯片，該ROM芯片在計算機啟動時搶到控制權(quán)，將文件分區(qū)表、目錄區(qū)參數(shù)等信息都保存到還原卡的臨時儲存單元或是硬盤的隱藏扇區(qū)中，再復制一份FAT信息保存到臨時儲存單元中，當用戶對硬盤內(nèi)數(shù)據(jù)進行修改時，在硬盤中找到一部分連續(xù)的空磁盤空間，將用戶修改的數(shù)據(jù)保存。

這樣，用戶對硬盤的讀寫操作都要經(jīng)過還原卡的保護程序進行保護性的讀寫，每當用戶向硬盤寫入數(shù)據(jù)時，其實沒有修改硬盤中原來的文件分配表FAT，而是寫到了備份的FAT表中，系統(tǒng)重啟后，清楚掉備份的FAT表，電腦就還原到之前的狀態(tài)。

3 還原卡多點還原技術(shù)的應用

在實驗室管理中，我先后接觸了藍光還原卡、噢易還原卡和長城還原卡。隨著還原卡在計算機實驗室的大量應用，還原卡現(xiàn)集數(shù)據(jù)保護、系統(tǒng)拷貝功能于一身，還改進網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，能實現(xiàn)增量數(shù)據(jù)傳輸，大大減短了軟件更新的系統(tǒng)傳輸時間。與藍光還原卡、噢易還原卡相比，長城還原卡具有如下優(yōu)點。

3.1 Windows操作模式，操作簡單

長城還原卡改進了界面操作方式，保留了傳統(tǒng)還原卡底層DOS界面操作方式，又將主要功能與Windows操作系統(tǒng)相結(jié)合，提高了還原系統(tǒng)的可操作性和界面的美觀性。以往的主流還原卡只能在DOS界面進行軟件安裝、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔僮?，現(xiàn)在長城還原卡可以在操作系統(tǒng)界面進入還原卡管理界面并進行修改、管理。

3.2 采用獨立的多點復原方式

藍光還原卡、增霸卡在系統(tǒng)備份上有限制，只能保存一個系統(tǒng)或兩個系統(tǒng)，當安裝新軟件后，需要保存時，只能在以現(xiàn)在的系統(tǒng)替換原有的系統(tǒng)，而不能把多次的狀態(tài)都保存下來。一旦新安裝的系統(tǒng)在以后使用過程中出現(xiàn)問題時，只能重新修復軟件。

長城網(wǎng)絡(luò)還原卡可創(chuàng)建多個還原點，可保存多個系統(tǒng)的不同狀態(tài)。還可以用更新驅(qū)動參數(shù)的方法來實現(xiàn)不同還原點的切換。這種技術(shù)對實驗室集中管理有很大的幫助。實驗室機房軟件過多，而且部分軟件安裝存在沖突的問題，在多點復原技術(shù)下，可以在最初始的操作系統(tǒng)下安裝不同的軟件，保存為不同的進度，需要對應的軟件時，只需要更新電腦參數(shù)，使用對應的安裝軟件的進度就可以了。

總的來說，長城還原卡在使用當中界面美觀，操作簡單，但是多點還原技術(shù)的使用使計算機的開機速度比其它還原卡慢。

4 結(jié) 語

綜上所述，系統(tǒng)還原最基本原理就是用戶操作時，將用戶操作保存在一個備份的分區(qū)表中，當電腦重啟，刪除用戶操作的分區(qū)表，調(diào)用以前的備用分區(qū)表，整個系統(tǒng)就還原了。能硬盤數(shù)據(jù)能完好無缺的還原跟數(shù)據(jù)字硬盤中的存儲方式是分不開的。硬盤還原技術(shù)是高校機房、高校圖書館、網(wǎng)吧進行電腦系統(tǒng)維護的重要方法。

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