硬盤數(shù)據(jù)保護機理分析

易強+賴嘯+肖靜

摘 要：虛擬還原技術(shù)是一種廣泛使用的數(shù)據(jù)保護方式，它工作在系統(tǒng)的最底層，先于操作系統(tǒng)；它備份的數(shù)據(jù)并不是數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)，只是主引導(dǎo)扇區(qū)、操作系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表和目錄區(qū)的數(shù)據(jù)。因為這幾個部分的數(shù)據(jù)量極小，所以我們完全可以忽略虛擬還原數(shù)據(jù)保護技術(shù)在保存?zhèn)浞輸?shù)據(jù)時所占用的空間和所需要的時間。

關(guān)鍵詞：分區(qū)表；引導(dǎo)扇區(qū)；文件存儲分配

學(xué)校機房、網(wǎng)吧是人員流動大，機器很多的場所。如何對硬盤中現(xiàn)有的操作系統(tǒng)和軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行保護和還原就成了一個重要的課題。虛擬還原技術(shù)工作在系統(tǒng)的最底層，先于操作系統(tǒng)，具有很高的備份和還原速度，同時對用戶完全透明?；谔摂M還原方式的軟件也越來越受到機房管理員的青睞。

從目前的情況來看，系統(tǒng)的保護和還原的方法從原理上來說主要分三類，一是保護，二是還原，三為虛擬還原。具有代表性的三種軟件分別是：各種網(wǎng)管軟件；ghost備份和還原；基于還原精靈的各種數(shù)據(jù)保護軟件。虛擬還原的工作原理實際上是基于系統(tǒng)保護的，但它的保護做在系統(tǒng)的最底層，先于操作系統(tǒng)。它不干預(yù)用戶的任何操作，對使用者來說完全透明。虛擬還原只占用少量硬盤空間，同時它的還原速度也很快，具有系統(tǒng)保護和系統(tǒng)還原的優(yōu)點，又盡可能避免了它們的一些重要缺點，所以基于虛擬還原方式的軟件越來越受到機房管理員的青睞。

我們知道，硬盤上最重要的數(shù)據(jù)區(qū)除了BOOT（引導(dǎo)區(qū)）外，是ROOT（根目錄）和FAT（文件分配表），ROOT里面記錄的是文件或子目錄的屬性、尺寸、日期以及它的起始簇（軟盤里面是扇區(qū)）。FAT表里面記錄的是每個簇的使用分配情況。

當(dāng)我們向硬盤里面添加一個新文件，OS（操作系統(tǒng)）首先在ROOT里面將文件屬性等填進(jìn)去，在FAT表里面按一定算法找到一個空簇，將它標(biāo)記為被該文件占用后，在ROOT里面將這個簇做為起始簇記錄進(jìn)去，然后將文件內(nèi)容寫入這個簇。如果文件沒有寫完，系統(tǒng)再在FAT里找一個空簇，將其標(biāo)記為占用，然后在前一個簇的最后做一個指針向這個新的簇，形成一個單鏈表，接著再在這個新的簇里面繼續(xù)寫內(nèi)容。如此重復(fù)直到文件內(nèi)容完全記錄完畢。最后系統(tǒng)根據(jù)占用的總簇數(shù)計算出文件尺寸，取出當(dāng)前時間寫到ROOT里面。

當(dāng)我們刪除一個文件的時候，系統(tǒng)實際上并不到每個簇去清除內(nèi)容，而只是把ROOT里面文件名的首字符換成&符號，就是標(biāo)記這個文件為刪除，然后延著鏈表在FAT表中將該文件占用的所有簇釋放（標(biāo)記為空），這樣新的文件寫入的時候就可以使用這些被釋放的簇。

當(dāng)我們改變一個文件的屬性或名字的時候，系統(tǒng)實際只在ROOT里面做一點改動而已。 而子目錄下的文件目錄信息記錄在子目錄所指的第一個簇，實際是個SUBROOT。

由此我們可以推測虛擬還原軟件的工作流程：

它首先將ROOT、SUBROOT以及FAT表都做個備份。然后，軟件將備份的數(shù)據(jù)以及它的工作參數(shù)（密碼、自動還原時間等）一起保存在硬盤上。這些空間也同時保護起來。

當(dāng)用戶刪除文件、改名、改文件屬性的時候，系統(tǒng)按正常情況處理，還原軟件不做任何干涉。因為這些操作只針對ROOT和FAT表，并不去動數(shù)據(jù)區(qū)的任何數(shù)據(jù)。而這兩個表軟件已經(jīng)備份過，需要的時候完全可以恢復(fù)。

最復(fù)雜的是添加新文件的情況。為了保護原來的數(shù)據(jù)，還原軟件不允許在已經(jīng)保護的簇進(jìn)行任何的覆蓋操作，即使現(xiàn)在的FAT表里面標(biāo)記是空的，還原軟件通過對照備份的FAT表，只要這個簇在表里面，它就會要求OS去找一個新的簇。這樣數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)就不會被覆蓋。

但是OS不會知道系統(tǒng)里面已經(jīng)裝了個RECOVERY（虛擬還原軟件），所以它還會按同樣的算法把同一個簇找出來。這樣的話會形成死循環(huán)，無法工作下去。換一種思路，如果RECOVERY在刪除文件的時候也不釋放FAT表，那么OS找新簇的時候就能避開已經(jīng)保護的簇?；蛘?，RECOVERY根本就是將一個虛假的ROOT顯示給我們看，讓我們以為文件已經(jīng)刪除了，其實硬盤上的ROOT它什么也不動。當(dāng)前盤中所有.COM和.EXE文件目錄登記項中的首簇數(shù)都被指向一個特定的區(qū)域，實際上就是指向RECOVERY在盤中指定的位置。這也就解釋了為什么基于虛擬還原的硬盤保護系統(tǒng)在安裝時需要劃分保護空間的原因。

當(dāng)我們要恢復(fù)數(shù)據(jù)的時候就相當(dāng)簡單了，RECOVERY把備份的ROOT、SUBROOT以及FAT表全部恢復(fù)掉即可。

綜上所述，虛擬還原軟件是用系統(tǒng)保護的方式在工作，但只保存了很少量的數(shù)據(jù)，就能快速恢復(fù)被保護的內(nèi)容。當(dāng)然，虛擬還原技術(shù)也不是萬能的，在實際使用中，將系統(tǒng)保護的權(quán)限限制與系統(tǒng)還原的備份功能揉合進(jìn)虛擬還原軟件的保護功能，是一種不錯的選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡大威《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》西安電子科技大學(xué)出版社，2013，1.

[2]俸遠(yuǎn)禎《計算機組成原理》電子工業(yè)出版社，1996，4.