RAID0陣列數(shù)據(jù)恢復(fù)方法研究

呂秀鑒

摘要：RAID0陣列作為第一種也是最常見的一種磁盤陣列類型被大量的服務(wù)器和個(gè)人機(jī)作為提升系統(tǒng)存儲(chǔ)性能的一種廉價(jià)解決方式而普遍使用。但是由于RAID0陣列自身的磁盤組織方式，使得這種陣列也成為了所有RAID陣列最容易出現(xiàn)故障，且故障后數(shù)據(jù)最容易遭到破壞的一種陣列形式。本文在分析RAID0陣列組織形式的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)RAID0陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)重組的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)恢復(fù);RAID0;冗余陣列;數(shù)據(jù)重組

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0188-01

對(duì)于RAID0陣列來說，它是最早的一種RAID類型，陣列由多塊硬盤組成，通過陣列控制器讀寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被分成大小一樣的條塊，按照盤序依次均勻?qū)懭朊繅K硬盤相對(duì)應(yīng)的帶區(qū)，循環(huán)往復(fù)。它可以較低的成本提供高于一般硬盤的存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)讀寫速率。但RAID0陣列不提供冗余校驗(yàn)功能，所以陣列中只要有一塊硬盤出現(xiàn)故障，即造成整個(gè)陣列數(shù)據(jù)損壞，無法完整讀出。

對(duì)于RAID0的數(shù)據(jù)恢復(fù)來說，由于陣列已經(jīng)失效，無法正常讀出，所以只能把硬盤從陣列控制器上斷開，作為單一硬盤逐個(gè)取出，排除可能存在的物理故障。然后對(duì)硬盤依次做鏡像，并對(duì)鏡像文件進(jìn)行分析，確定RAID陣列控制參數(shù)：RAID組織方式、起始位置、塊大小、盤序。最后使用專業(yè)RAID數(shù)據(jù)重組工具軟件對(duì)磁盤鏡像進(jìn)行重組，嘗試讀出陣列數(shù)據(jù)。我們以一個(gè)由3塊硬盤組成的RAID0陣列為例，具體分析思路分以下幾步：

1 確認(rèn)硬盤上RAID0數(shù)據(jù)塊的起始位置扇區(qū)

我們分析RAID0數(shù)據(jù)塊的起始位置，就是要找到由多個(gè)硬盤組成的邏輯卷的起始位置。一般來說，由陣列卡組成的硬RAID陣列從每個(gè)硬盤開始位置第一個(gè)扇區(qū)即是陣列數(shù)據(jù)，但由操作系統(tǒng)組建的軟RAID一般都不會(huì)從硬盤的起始位置第一個(gè)扇區(qū)開始記錄陣列數(shù)據(jù)。所以針對(duì)不同的情況，首先要分析每塊硬盤的0號(hào)扇區(qū)，進(jìn)行比較。如果是硬RAID陣列硬盤的話，每塊硬盤里0號(hào)扇區(qū)的內(nèi)容是不一樣的，我們可以初步確定RAID陣列數(shù)據(jù)塊的起始位置就在每塊硬盤的0號(hào)扇區(qū);如果是軟RAID陣列硬盤的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)每塊硬盤的0號(hào)扇區(qū)的內(nèi)容是一樣的，那么這些一樣的內(nèi)容肯定不屬于RAID陣列數(shù)據(jù)，RAID0數(shù)據(jù)塊會(huì)在相對(duì)靠后的位置存在。所以起始位置判斷的依據(jù)就是磁盤分區(qū)結(jié)構(gòu)。以最常見的DOS分區(qū)結(jié)構(gòu)為例，0扇區(qū)的MBR（主引導(dǎo)記錄）和每個(gè)分區(qū)的DBR（操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄）都是用作分析起始位置的判斷依據(jù)。MBR和DBR這類分區(qū)結(jié)構(gòu)扇區(qū)都屬于引導(dǎo)扇區(qū)，有著不同于普通扇區(qū)的結(jié)構(gòu)標(biāo)記，即扇區(qū)結(jié)束位置的第510和511字節(jié)的數(shù)據(jù)是固定組合十六進(jìn)制數(shù)據(jù)“55AA”。所以我們可以在分析階段從0扇區(qū)開始查找符合位置要求的十六進(jìn)制數(shù)值“55AA”，從而找出陣列的MBR和DBR（硬RAID只存在DBR）。

在服務(wù)器陣列中，采用NTFS文件系統(tǒng)的比較多。如果我們通過查找“55AA”的方法直接在陣列中某塊硬盤的0號(hào)扇區(qū)找到了NTFS文件系統(tǒng)的 DBR的話，基本上就可以判斷陣列數(shù)據(jù)起始位置就是每塊硬盤的0號(hào)扇區(qū)了。如果沒有，而是在0號(hào)扇區(qū)或稍后的位置找到了MBR，則要分析MBR中所標(biāo)出的DPT分區(qū)表信息。我們可以從DPT分區(qū)表項(xiàng)中讀出分區(qū)類型和分區(qū)開始位置等重要信息，以當(dāng)前圖中偏移地址0x01c2處取值為“42”，代表當(dāng)前分區(qū)為活動(dòng)分區(qū)類型;偏移地址0x01c6處取值為0x0000003F，代表當(dāng)前分區(qū)的起始位置偏移地址為63扇區(qū)。我們從發(fā)現(xiàn)MBR的0號(hào)扇區(qū)位置開始加上這個(gè)參數(shù)63，就可以在硬盤上找到DBR的位置，也就是陣列數(shù)據(jù)起始的位置扇區(qū)號(hào)是0+63=63號(hào)扇區(qū)。

2 分析RAID數(shù)據(jù)塊的大小

由于數(shù)據(jù)在RAID0陣列上是以數(shù)據(jù)塊的方式均勻分布存儲(chǔ)在每一塊硬盤上，所以我們?cè)谥亟M陣列數(shù)據(jù)時(shí)，確定數(shù)據(jù)塊的大小是非常必要的。一般我們通過由陣列構(gòu)造的 NTFS卷中的一個(gè)重要存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)元文件$MFT（主文件表）來進(jìn)行判斷。$MFT中的文件記錄項(xiàng)以兩個(gè)扇區(qū)為一個(gè)文件記錄的存儲(chǔ)單位，我們可以通過分別在每個(gè)硬盤上查找文件記錄項(xiàng)的開始標(biāo)記十六進(jìn)制數(shù)值“46494c45”來定位$MFT文件記錄的位置。在相同的扇區(qū)地址上分別比較不同硬盤上文件記錄中記錄號(hào)之間的差值，就可以推算出在一個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)包含的文件記錄個(gè)數(shù)，進(jìn)而推算出數(shù)據(jù)塊的大小。例如我們分別在每塊硬盤的41791號(hào)扇區(qū)處找到了$MFT文件記錄，則我們可以查看到文件記錄號(hào)分別為0x000000c0，0x00000080，0x00000100，十進(jìn)制的數(shù)值分別為192，128，256。通過計(jì)算這三個(gè)數(shù)字間的等差值，我們可以推算出每個(gè)數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)了64個(gè)文件記錄，每個(gè)文件記錄占用2個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)空間，就是每個(gè)數(shù)據(jù)塊一共有64×2=128個(gè)扇區(qū)。

3 確認(rèn)硬盤盤序

盤序關(guān)乎著組成陣列的所有硬盤的讀寫順序，是重組RAID0陣列數(shù)據(jù)的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。盤序的判斷思路分為兩步，首先通過查找起始位置扇區(qū)的操作，我們可以判斷由陣列構(gòu)造的 NTFS卷中DBR的位置，那么存儲(chǔ)著DBR扇區(qū)的這塊硬盤就是NTFS卷的第一個(gè)扇區(qū)，也是陣列起始位置，也就是第一塊被RAID0讀寫的硬盤，它是陣列中的第一塊盤。其次通過判斷數(shù)據(jù)塊大小的操作，我們可以找到每個(gè)硬盤在相同扇區(qū)位置上文件記錄號(hào)的差異，以上例中我們分別在每塊硬盤的41791號(hào)扇區(qū)處找到的$MFT文件記錄號(hào)分別為192，128，256，（128﹤192﹤256）則可以判斷第②塊盤為1號(hào)盤，第①塊盤為2號(hào)盤，第③塊盤為3號(hào)盤。至此每塊硬盤的盤序得以確定。

4 重組RAID0陣列數(shù)據(jù)

在確定了起始位置在63號(hào)扇區(qū)、塊大小為64KB、盤序?yàn)棰冖佗?，這幾個(gè)參數(shù)之后，我們可以利用一些專用軟件來將這幾塊硬盤的鏡像進(jìn)行重組，建立虛擬RAID卷，嘗試讀出陣列數(shù)據(jù)。常用的工具軟件有WinHex，R-Studio等，我們以WinHex為例，選擇Specialist菜單中的Reconstruct RAID System工具項(xiàng)，在彈出的窗口中按照盤序依次將鏡像文件載入窗口列表;設(shè)置Header size in sectors（起始扇區(qū)）取值為63;選擇RAID類型為L(zhǎng)evel0;設(shè)置Stripe size in sectors（塊大?。┤≈禐?28扇區(qū);然后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，即可看到重組之后的虛擬RAID卷，并導(dǎo)出分區(qū)數(shù)據(jù)。

RAID0陣列作為一種常見的磁盤陣列組織方式，在日常應(yīng)用中由于硬件故障或操作者處理不當(dāng)?shù)纫蛩?，極容易出現(xiàn)陣列的失效、數(shù)據(jù)無法讀出。作為數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的初學(xué)者，可能接觸磁盤陣列恢復(fù)業(yè)務(wù)的機(jī)會(huì)不是很多，不過只要我們依據(jù)上述恢復(fù)步驟，認(rèn)真分析，不斷嘗試，總是可以將用戶的數(shù)據(jù)恢復(fù)回來的。

在基于工作過程的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)課程改革與研究中，我們向行業(yè)專家、企業(yè)一線數(shù)據(jù)恢復(fù)從業(yè)者求教;對(duì)數(shù)據(jù)恢復(fù)工程師實(shí)施職業(yè)分析;圍繞工作任務(wù)的需要進(jìn)行了課程教學(xué)內(nèi)容的選擇，在傳統(tǒng)軟件恢復(fù)方法的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)之上，增加了磁盤陣列數(shù)據(jù)重組和數(shù)據(jù)提取等實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的典型工作場(chǎng)景，以期促進(jìn)學(xué)生職業(yè)興趣發(fā)展和能力的拓展以及就業(yè)后能很快適應(yīng)工作的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]武春嶺，何倩.數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)[M].高等教育出版社，2016（7）.

Research on RAID0 Data Recovery Method

LV Xiu-jian

（Shi Jia Zhuang University of Applied Technology，Shijiazhuang Hebei? 050081）

Abstract：RAID0， as the first and most common type redundant arrays of disks， is widely used by a large number of servers and personal computers as a cheap solution to improve the storage performance of the system. However， due to the RAID 0 's own disk organization， RAID 0? has become the most vulnerable to failure of all RAID ， and the data is most vulnerable to damage after failure. Based on the analysis of RAID0 organization form， this paper proposes a method of recovery and reorganization for RAID0 data.

Key words：data recovery;RAID0;redundant arrays;data reorganization