浅谈数据恢复技术的原理和硬盘数据恢复
摘要：当前随着计算机信息技术普及，大量工作信息、个人信息采用电子数据的形式，存储于个人电脑、服务器、智能终端等电子设备上的存储介质上，从而导致日常工作和生活越来越严重依赖于电子设备和电子数据，数据的重要程度也越来越高。

在设备使用过程中，软件逻辑故障以及存储介质硬件故障，将导致数据丢失并造成无法挽回的损失，而数据恢复和硬盘维修这门专业性很强的技术，也越来越被各大企业重视。

关键字：硬盘；数据存储；数据恢复
一、数据恢复技术的基本分类及技术层级：
（一）数据恢复技术的基本分类
1.软恢复：主要是恢复操作系统、文件系统层的数据。

这种丢失主要是软件逻辑故障、
病毒木马、误操作等造成的数据丢失，物理介质没有发生实质性的损坏，一般来说这种情况下是可以修复的，一些专用的数据恢复软件都具备这种能力。

在所有的软损坏中，系统服务区出错属于比较复杂的，因为即使同一厂家生产的同一型号硬盘，系统服务区也不一定相同，而且厂家一般不会公布自己产品的系统服务区内容和读取的指令代码。

2.硬恢复：主要针对硬件故障而丢失的数据，如硬盘电路板、盘体、马达、磁道、盘
片等损坏或者硬盘固件系统问题等导致的系统不认盘，恢复起来一般难度较大。

这时要注意不要尝试对硬盘反复加电，也就不会人为造成更大面积的划伤，这样还有可能能恢复大部分数据。

3.数据库系统或封闭系统恢复：这部分系统往往自身就非常复杂，有自己的一套完整
的保护措施，一般的数据问题都可以靠自身冗余保证数据安全。

如SQL、Oracle、Sybase 等大型数据库系统，以及MAC、嵌入式系统、手持终端系统，仪器仪表等系统往往恢复都有较大的难度。

4.覆盖恢复：恢复难度非常大，一般民用环境下因为需要投入的资源太大，往往得不
偿失。

但是在尖端的国防军事等国家统筹或者个别掌握尖端科技的硬盘厂商能做到，具体技术都涉及核心机密，无法探知。

（二）数据恢复技术的层级
目前，专业存储系统如DAS、NAS、SAN军采用磁盘阵列作为基本的存储设备单元，它是由硬件阵列控制器（Raid卡）将若干硬磁盘驱动器按照一定规则构成一个整体,并由阵列控制器管理数据的读、写和存储方式。

在这个层次上，主要解决阵列卡损坏、磁盘损坏、磁盘掉线等故障。

此时需根据不同的RAID级别，对Raid信息进行重建，才可能修复数据。

但是，无论上层采用什么方式，归根结底，硬盘是数据存放的最底层介质，它是整个存储体系的基础。

针对磁盘和磁盘阵列，数据恢复通常包含三个层次：一是逻辑故障（例如Raid信息丢失等），则通过文件系统和Raid信息重建来恢复；二是硬盘本身软硬件故障
导致无法正常读写。

这类问题应针对硬盘的具体问题采用专业的修复工具进行修复；三是数据被覆盖，则须从存储机理上加以解决。

二、硬盘缺陷列表和数据存储基本原理：
数据恢复是专业性较强的工作，需要对磁盘结构和文件系统原理进行充分了解。

（一）硬盘缺陷列表
现有绝大多数计算机装置的存储介质是以机械硬盘为主。

机械硬盘的盘片异常精密，对生产和运行环境要求极高，一粒微尘或一次轻微的撞击均可能产生上百个存储单元损坏。

每块硬盘都有一个硬盘缺陷列表（通常称为P-List），用于记录问题扇区，然后通过程序控制将这些扇区屏蔽，磁头在读取数据的时候就会跳过这些区域。

目前被广泛用来修复磁盘故障的软件，其工作原理就是修改硬盘缺陷列表，把坏扇区加入缺陷列表从而屏蔽硬盘损坏部分。

（二）硬盘数据存储基本原理
1.硬盘数据结构: 硬盘在存储数据之前，一般需经过低级格式化分区和高级格式化之
后才能使用。

每块硬盘上通常包含5个区域,分别是主引导记录区(MBR)、DOS引导记录区(DBR)、文件分配表(FAT)、目录区(FDT)和数据区(DATA)，主引导记录在硬盘中具有唯一性而其他部分在硬盘的各个分区里都会存在。

当向硬盘写入数据时,首先在目录区内写入文件的基本信息,如文件名、类型、大小、修改日期，然后在数据区存储文件内容部分,并将文件存放的位置信息（首簇号）写入目录区。

如果文件较大,那么其后续保存的簇号在FAT表中被指定。

系统根据目录区中文件的起始地址,再结合FAT表就可以找到文件在磁盘中的存储位置和大小。

2.文件的读取:操作系统从目录区中读取文件信息包括文件名、类型、大小、修改日期
和文件存放的起始位置,操作系统根据首簇号读取相应的数据,然后找到FAT的对应单元,一直到遇到文件结束标志，则文件读取完毕。

3.文件的写入:要保存文件时,操作系统首先在目录表(DIR)区中找到空区写入文件名、
文件大小和创建时间等响应信息,然后在数据区(DATA)找到空闲位置将文件保存,并将数据区的第一个簇写入目录表区,其余的动作和文件的读取动作类似。

4.文件的删除：Windows文件的删除原理是将目录区的文件的第一个字符改成删除标志
“E5”，就表示该文件已删除。

而硬盘数据的高级格式化(操作系统之上的格式化),并没有将数据区中的内容完全清除,而只是重写了文件分配表(FAT)表,硬盘分区也只是修改了主引导扇区和操作系统扇区,数据区中的主要内容都没有被改变。

三、硬盘故障基本判断方法及维修方法
（一）基本故障判断方法
目前所有的PC机、服务器启动时，都会进行基本的硬件自检，并根据自检结果进行适
当的错误提示。

常见的故障提示信息含义如下。

1.Data error（数据错误）:从硬盘上读取的数据存在不可修复的错误，磁盘上有坏扇区和坏的文件分配表。

2.Hard disk configuration error（硬盘配置错误）：硬盘配置不正确，跳线不对，硬盘参数设置不正确等。

3.Hard disk controller failure（硬盘控制器故障）：硬盘参数设置不正确等。

4.Hard disk failure（硬盘故障）：硬盘配置不正确，跳线不对，硬盘物理故障等。

5.Hard disk drive read failure（硬盘驱动器读取失败）：硬盘配置不正确，硬盘参数设置不正确，硬盘记录数据被破坏等。

6.No boot device available （无引导设备）：系统找不到作为引导设备的软盘或硬盘。

7.No boot sector on hard disk drive（硬盘上无引导扇区）：硬盘的引导扇区丢失，感染病毒，或者配置参数不正确。

8.Non system disk or disk error（非系统盘或者磁盘错误）：作为引导盘的磁盘不是系统盘，不含有系统引导文件和核心文件，或者磁盘本身故障。

9.Sector not found（扇区未找到）：不能定位给定扇区。

10.Seek error（寻道错误）：不能定位给定扇区、磁道或磁头。

11.Reset failed（硬盘复位失败）:硬盘或硬盘接口电路故障。

12.Fatal error bad hard disk（硬盘致命错误）：硬盘或硬盘接口故障。

13.No hard disk installed（没有安装硬盘）：没有安装硬盘，但是CMOS参数中设置了硬盘；硬盘没有接好或存在故障。

（二）常见故障维修方法
1.引导出错，不能正常启动
这种情况下，有时候可能只是操作系统或文件系统出错，清除MBR、重新分区就可以修复；如果不能分区或者格式化，则需要专业维修软件处理。

2.出现坏道
硬盘出现坏道时，可正常分区，可格式化，但常常出现系统变慢、长时间无响应等现象，无论是物理坏道还是逻辑坏道，如果少的话，基本都可以修好。

3.通电后主轴电机不转
一般是电路板发生故障，换掉部分或整个电路板均可修复，起转后再视情况处理。

另也有极小概率是主轴电机本身出问题或被卡住。

4.通电后磁头敲击
多为磁头损坏引起，可通过更换磁头进行恢复，但需要找到相应品牌系列型号的磁头，有时候批次都需要一样。

5.受损严重，大量坏扇区
这种情况一般解决方式是通过专业软件禁用有问题的磁头，然后读取其他盘片的数据。

四、总结
当前随着计算机普及应用，大量重要的信息数据存放在计算机及其存储介质上。

由于硬盘本身十分精密，对运行环境要求又极高，也较容易出现故障，从而导致数据丢失。

根据不同的故障情形，同时结合硬盘数据存储原理，在绝大多数情况下，我们可以运用一定的办法和工具，将硬盘介质上的数据恢复回来，这对于保护企业和个人数据资产具有很大的意义。

由于病毒、误操作等逻辑故障以及使用环境、使用方式、设备生命周期、设备质量问题导致的硬件故障
参考文献：
[1]李培，硬盘数据恢复技术的研究实践 [J]制造业自动化 2014,14
[2]刘伟，数据恢复技术深度揭秘 [M]北京电子工业出版社 2010
[3]姚丽丽，浅谈计算机数据恢复技术的原理与实现 [J]黑龙江科技信息 2011,7。