數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與恢復(fù)課件

1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與恢復(fù)基本概念硬盤邏輯結(jié)構(gòu)（分區(qū)）文件系統(tǒng)RAID硬盤的基礎(chǔ)知識(shí)硬盤的外部結(jié)構(gòu)（通氣孔）硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（盤片、盤面、磁頭、磁道、柱面）數(shù)據(jù)如何在盤片上存儲(chǔ)（扇區(qū)、參數(shù)編號(hào)、交叉因子）硬盤容量的描述（bit byte KB MB GB TB PB EB）硬盤的尋址模式（C/H/S 8G限制 LBA）低級(jí)格式化和高級(jí)格式化P-list永久缺陷列表（又稱工廠缺陷列表）。G-list添加性缺陷列表（又稱用戶缺陷列表）。 硬盤外部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)磁頭高度 SCSI硬盤結(jié)構(gòu)硬盤接口IDEIDE（Integrated Drive Electronics）的本意實(shí)際

2、上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動(dòng)器。我們常說的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口，現(xiàn)在PC機(jī)使用的硬盤大多數(shù)都是IDE兼容的，只需用一根電纜將它們與主板或接口卡連起來就可以了。 把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?qiáng)，硬盤制造起來變得更容易，因?yàn)閺S商不再需要擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容，對(duì)用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。 該接口發(fā)展至今，細(xì)分可以分成ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（Fast AT

3、A-2）、Ultra ATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66、Ultra ATA/100及Ultra ATA/133。硬盤接口SCSI SCSI是指Small Computer System Interface（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口），它最早研制于1979年，是一種與ATA完全不同的接口，它不是專門為硬盤設(shè)計(jì)的，而是一種總線型的系統(tǒng)接口，每個(gè)SCSI總線上可以連接包括SCSI控制卡在內(nèi)的8個(gè)SCSI設(shè)備，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機(jī)上。早期PC機(jī)的BIOS不支持SCSI，各個(gè)廠商都按照自己對(duì)SCSI的理解來制造產(chǎn)品，造成一個(gè)廠商生產(chǎn)的SCSI設(shè)備很難與其

4、它廠商生產(chǎn)的SCSI控制卡共同工作的情況，加上SCSI的生產(chǎn)成本比較高，因此沒有像ATA接口那樣迅速得到普及?，F(xiàn)在SCSI接口已廣泛應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)、ZIP、MO、掃描儀、磁帶機(jī)、JAZ、打印機(jī)、光盤刻錄機(jī)等設(shè)備上。由于SCSI接口支持多種設(shè)備，傳輸速率比ATA接口高，其獨(dú)立的總線又使得SCSI設(shè)備的CPU占用率很低，所以在較好的高端電腦、工作站、服務(wù)器上常用來作為硬盤及其他儲(chǔ)存裝置的接口。硬盤接口硬盤接口FibreChannel FibreChannel，即光纖通道。是一種跟SCSI或IDE有很大不同的接口，它很像以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換節(jié)頭。以前它是專為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，后來隨著存儲(chǔ)器對(duì)高帶寬的需求，慢慢移

5、植到現(xiàn)在的存儲(chǔ)系統(tǒng)上來了。光纖通道通常用于連接一個(gè)SCSI RAID（或其它一些比較常用的RAID類型），以滿足高端工作站或服務(wù)器對(duì)高數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。 光纖現(xiàn)在能提供100MBps的實(shí)際帶寬，而它的理論極限值為1.06GBps。不過現(xiàn)在有一些公司開始推出2.12Gbps的產(chǎn)品，它支持下一代的光纖通道（即FibreChannelII）。為能得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，市面的光纖產(chǎn)品有時(shí)使用了多光纖通道來達(dá)到更高的帶寬。硬盤接口 現(xiàn)在的并行ATA一次可傳輸4個(gè)字節(jié)（4x8=32位）的數(shù)據(jù)，而串行ATA每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只有1位，那為什么在高速傳輸過程中卻要使用串行ATA呢?其實(shí)主要原因還是在于并行傳輸

6、存在著信號(hào)串?dāng)_問題，而串行傳輸幾乎就沒有信號(hào)串?dāng)_問題，從理論上說串行傳輸?shù)墓ぷ黝l率可以無限的提高，Serial ATA正是通過提高工作頻率來提升接口傳輸速率的。因此，Serial ATA可以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，而并行ATA在沒有有效地解決信號(hào)串?dāng)_問題之前，很難達(dá)到這樣高的傳輸速率，這也是為什么新的硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)會(huì)采用串行傳輸?shù)脑?。雖然并行ATA接口采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)，一次可傳輸多位數(shù)據(jù)，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的，僅每個(gè)通道需要的信號(hào)針就達(dá)26個(gè)，再加上地線和供電線，信號(hào)針就更多了。簡單總結(jié)一下，Serial ATA與Ultra ATA相比擁有以下5個(gè)特點(diǎn)：硬盤接口 aSerial ATA支持所

7、有的ATA和ATAPI設(shè)備，包括CD、DVD、磁帶機(jī)和各種大容量移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等。 bSerial ATA采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，每次只傳輸1位數(shù)據(jù)，這樣就可以大大減少接口的針腳數(shù)目，事實(shí)上，Serial ATA只用4個(gè)針就可以完成所有的工作（第1針發(fā)送，第2針接收，第3針供電，第4針是地線），因此線纜更簡單，線纜連接器更小，也更容易安裝，減少了機(jī)內(nèi)占用空間，有利于散熱。 cSerial ATA采用比并行ATA更低的電壓標(biāo)準(zhǔn)，減小了能耗，使PC系統(tǒng)更加容易設(shè)計(jì)。 d采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，不存在并行ATA的主/從問題，省去了并行ATA的跳線和設(shè)置工作，并且每個(gè)通道都獨(dú)享帶寬，提高了設(shè)備連接的靈活性和系統(tǒng)I

8、/O能力。 e能夠與目前的操作系統(tǒng)在軟件上兼容，這就意味著不必更改目前的任何驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)代碼。硬盤接口IEEE1394USB硬盤數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)主引導(dǎo)記錄（Master Boot Recorder，MBR）（0柱面、0磁頭、1扇區(qū)） MBR中最多可存放四個(gè)分區(qū)表項(xiàng)邏輯驅(qū)動(dòng)器分區(qū)格式MBR區(qū) MBR，即主引導(dǎo)記錄區(qū)，位于整個(gè)硬盤的0磁道0柱面1扇區(qū)。在總共512字節(jié)的主引導(dǎo)扇區(qū)中，MBR的引導(dǎo)程序占用其中的前446個(gè)字節(jié)（偏移0偏移1BDH），隨后的64個(gè)字節(jié)（偏移1BEH偏移1FDH）為DPT（Disk Partition Table，硬盤分區(qū)表），最后的兩個(gè)字節(jié)“55 AA”（偏移1FEH

9、偏移1FFH）是分區(qū)有效結(jié)束標(biāo)志。由它們共同構(gòu)成硬盤主引導(dǎo)記錄，也稱主引導(dǎo)扇區(qū)。DBR區(qū) DBR（DOS Boot Record），操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)。通常位于硬盤0柱1面1扇區(qū)，是操作系統(tǒng)可以直接訪問的第一個(gè)扇區(qū)。它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為BPB（BIOS Parameter Block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是，當(dāng)MBR將系統(tǒng)控制權(quán)交給它時(shí)，判斷本分區(qū)根目錄前兩個(gè)文件是不是操作系統(tǒng)的引導(dǎo)文件。FAT文件系統(tǒng)FAT文件系統(tǒng)文件刪除： 目錄表中把相應(yīng)文件首改為E5（刪除標(biāo)記） FAT表中清零相應(yīng)鏈位置信息 把簇位置的高16位清零格式化： 清零以下信息：DBR、保留扇區(qū)、根文

10、件夾首簇FAT32 文件系統(tǒng)的限制簇不能是 64 千字節(jié) (KB) 或更大 在 Windows 2000 中您無法使用 FAT32 文件系統(tǒng)格式化大于 32 GB 的卷 在 Windows XP 安裝過程中，您不能使用 FAT32 文件系統(tǒng)格式化大于 32 GB 的卷。Windows XP 可以裝入和支持大于 32 GB 的 FAT32 卷（受到其他限制），但是您不能在安裝期間使用 Format 工具創(chuàng)建大于 32 GB 的 FAT32 卷 您不能在 FAT32 分區(qū)上創(chuàng)建大于 (232)-1 字節(jié)（即 4 GB 減去 1 個(gè)字節(jié)）的文件 MS-DOS（Microsoft Windows 95

11、 的原始版本）和 Microsoft Windows NT 4.0 及更低版本都不能識(shí)別 FAT32 分區(qū)，因此無法從 FAT32 卷啟動(dòng)。 NTFS文件系統(tǒng)NTFS分區(qū)內(nèi)部全部由簇組成，基本沒有扇區(qū)的概念，也就是從分區(qū)一開始就安排了簇，即第0簇。NTFS分區(qū)全部由文件組成，也就是說管理分區(qū)的單元（類似FAT中的FAT表、DBR什么的）也由文件組成，整個(gè)NTFS分區(qū)利用若干文件來管理全部文件（包括管理自身）NTFS分區(qū)有三大類文件：元文件、數(shù)據(jù)文件、目錄文件。元文件就是管理和維護(hù)NTFS分區(qū)的系統(tǒng)文件。文件由若干屬性組成（文件名屬性、數(shù)據(jù)屬性、安全屬性等）屬性分成兩類:常駐屬性、非常駐屬性NT

12、FS文件系統(tǒng)012345678910111213141516171819202122232425$BOOT$MFTA.TXT$mft:814$BOOT:02A.TXT171821B.TXT“aaaabbbb”文件記錄頭1個(gè)文件記錄文件記錄體屬性屬性屬性屬性頭屬性體屬性頭屬性體屬性頭屬性體NTFS文件系統(tǒng)文件刪除 清零目錄節(jié)點(diǎn) $Bitmap中相應(yīng)簇位置清零 $MFT的bitmap屬性中清零原來占用的文件記錄號(hào) 格式化 創(chuàng)建元文件RAID簡介RAID (Redundant Array of Independent Disk) RAID是Redundent Array of Inexpensive

13、 Disks的縮寫，直譯為“廉價(jià)冗余磁盤陣列”，也簡稱為“磁盤陣列”。后來RAID中的字母I被改作了Independent，RAID就成了“獨(dú)立冗余磁盤陣列”，但這只是名稱的變化，實(shí)質(zhì)性的內(nèi)容并沒有改變。是獨(dú)立冗余磁盤陣列的英文縮寫，人們?cè)陂_發(fā)RAID時(shí)主要是基于以下設(shè)想，即幾塊小容量硬盤的價(jià)格總和要低于一塊大容量的硬盤。雖然目前這一設(shè)想還沒有成為現(xiàn)實(shí)，RAID在節(jié)省成本方面的作用還不是很明顯，但是RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何一塊單獨(dú)硬盤的速度和吞吐量。除了性能上的提高之外，RAID還可以提供良好的容錯(cuò)能力，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬

14、盤的影響。 RAID簡介RAID0 數(shù)據(jù)帶區(qū)技術(shù) RAID簡介RAID 1 0+1RAID簡介RAID 2級(jí) RAID2級(jí)，糾錯(cuò)海明碼磁盤陣列。磁盤驅(qū)動(dòng)器組中的第一個(gè)、第二個(gè)、第四個(gè)第2n個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器是專門的校驗(yàn)盤，用于校驗(yàn)和糾錯(cuò)，例如七個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的RAID2，第一、二、四個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器是糾錯(cuò)盤，其余的用于存放數(shù)據(jù)。使用的磁盤驅(qū)動(dòng)器越多，校驗(yàn)盤在其中占的百分比越少。RAID2對(duì)大數(shù)據(jù)量的輸入輸出有很高的性能，但少量數(shù)據(jù)的輸入輸出性能不好。RAID2很少實(shí)際使用。RAID簡介RAID 3和RAID 4RAID3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送RAID4：帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu) RAID 3和RAID

15、4，奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)的磁盤陣列。RAID 3也被稱為帶有專用奇偶位的條帶，每個(gè)條帶片上都有相當(dāng)于一“塊”那么大的空間用來有效存儲(chǔ)冗余信息，即奇偶位。RAID 3需要同步主軸驅(qū)動(dòng)器來預(yù)防較短記錄導(dǎo)致的性能下降。不論有多少數(shù)據(jù)盤，均使用一個(gè)校驗(yàn)盤，采用奇偶校驗(yàn)的方法檢查錯(cuò)誤。任何一個(gè)單獨(dú)的磁盤驅(qū)動(dòng)器損壞都可以恢復(fù)，但同時(shí)有2塊以上的硬盤驅(qū)動(dòng)器損壞時(shí)將無法有效的恢復(fù)數(shù)據(jù)。RAID 3和RAID4的數(shù)據(jù)讀取速度很快，但寫數(shù)據(jù)時(shí)要計(jì)算校驗(yàn)位的值以寫入校驗(yàn)盤，速度有所下降。RAID 3和RAID4的使用也不多。RAID簡介RAID 5 RAID 5級(jí)，無獨(dú)立校驗(yàn)盤的奇偶校驗(yàn)磁盤陣列。也被稱做帶分布式奇偶位的

16、條帶，每個(gè)條帶片上都有相當(dāng)于一個(gè)“塊”那么大的地方被用來存放奇偶位。與RAID 3不同的是，RAID 5像分布條帶片上的數(shù)據(jù)那樣把奇偶位信息也分布在所有的磁盤上。盡管有一些容量上的損失，RAID 5能提供最佳的整體性能，因而也是被廣泛使用的一種數(shù)據(jù)保護(hù)方案。它適合于輸入/輸出密集、高讀/寫比率的應(yīng)用程序，如事務(wù)處理等。為了具有RAID 5級(jí)的冗余度，需要最少由三個(gè)磁盤組成磁盤陣列（不包括一個(gè)熱備用）。RAID 5可以通過磁盤陣列控制器硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過某些網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。RAID簡介RAID 5無專門校驗(yàn)盤，校驗(yàn)數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤上 至少3個(gè)盤，（N-1）/N 一個(gè)磁盤故障時(shí)，控制器可從

17、其他尚存的磁盤上重新恢復(fù)/生成丟失的數(shù)據(jù)而不影響數(shù)據(jù)的可用性 RAID簡介RAID 50 RAID 50也被稱為分布奇偶位陣列條帶，RAID 50其實(shí)就是RAID O與RAID 5的組合。它像RAID 0一樣，跨磁盤存取數(shù)據(jù)；又像RAID 5一樣，使用分布式奇偶位。RAID 50可提供較高的數(shù)據(jù)可靠性，優(yōu)秀的整體性能，并支持更大的卷尺寸。像RAID 10和RAID-30一樣，即使兩個(gè)物理磁盤發(fā)生故障（每個(gè)陣列中一個(gè)），也不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。RAID 50最少需要六個(gè)驅(qū)動(dòng)器。它最適合需要高可靠性存儲(chǔ)、高讀取速度、高數(shù)據(jù)傳輸性能的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括事務(wù)處理和有許多用戶存取小文件的辦公應(yīng)用程序。RAID

18、簡介RAID 6 RAID 6即帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤結(jié)構(gòu)，它是對(duì)RAID 5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場合，使用了二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載，很少人用。RAID簡介RAID 7 新一代RAID標(biāo)準(zhǔn)RAID 7也已出現(xiàn)。其實(shí)，RAID 7不僅僅是一種技術(shù)，還是一種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)（Storage Computer）。因?yàn)樗cRAID O、l、5標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別，RAID 7自身帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和用于存儲(chǔ)管理的軟件工具，可完全獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)

19、行，不占用主機(jī)CPU資源。RAID 7不僅具有更高的性能和卓越的存儲(chǔ)管理能力，而且集普通RAID標(biāo)準(zhǔn)的所有優(yōu)點(diǎn)于一身，因而RAID 7系統(tǒng)整體性能極佳。RAID簡介RAID 7 RAID 7存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（Storage Computer Operating system）是一套實(shí)時(shí)事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)。主要用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化和安排RAID 7磁盤陣列的所有數(shù)據(jù)傳輸，并把它們轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的物理存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器上。通過自身系統(tǒng)中的陣列電腦板來設(shè)定和控制讀寫速度，存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)可使主機(jī)I/O傳輸性能達(dá)到最佳。如果一個(gè)磁盤出現(xiàn)故障，還可自動(dòng)執(zhí)行恢復(fù)操作，并可管理備份磁盤的重建過程。RAID 7突破了以往

20、RAID標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)架構(gòu)采用了非同步訪問方式，極大地減輕了寫數(shù)據(jù)的瓶頸，提高了I/O速度。所謂非同步訪問，即RAID 7的每個(gè)I/O接口都有一條專用的高速通道，作為數(shù)據(jù)或控制信息的流通路徑，因此可獨(dú)立地控制自身系統(tǒng)中每個(gè)磁盤的數(shù)據(jù)存取。如果RAID 7有N個(gè)磁盤，那么除去一個(gè)校驗(yàn)盤（用作冗余計(jì)算）外，可同時(shí)處理N-1個(gè)主機(jī)系統(tǒng)隨機(jī)發(fā)出的讀/寫指令，從而顯著地改善了I/O性能。RAID 7系統(tǒng)內(nèi)置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還可自動(dòng)對(duì)主機(jī)發(fā)送過來的讀/寫指令進(jìn)行優(yōu)化處理，以智能化方式將可能被讀取的數(shù)據(jù)預(yù)先讀入到高速緩存中，提高了I/O速度。RAID 7可幫助用戶有效地管理日益龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，并使系統(tǒng)的運(yùn)行效率

21、提高至少一倍以上，滿足了各類用戶的不同需求。RAID簡介RAID簡介RAID簡介確定磁盤數(shù)量 隨著添加更多的磁盤而獲得的性能提升。 可靠性，兩塊磁盤的平均故障時(shí)間（MTTF），將隨著在RAID 5或RAID 0中添加磁盤而不斷降低。 隨著添加更多磁盤，可用的存儲(chǔ)容量將增加，但是成本也會(huì)隨之一同上升。 帶區(qū)單元的大小。軟件解決方案將其固定在64KB。硬件解決方案則從4KB到1MB不等。理想的帶區(qū)單元的大小可以在不中斷請(qǐng)求的情況下最大限度改善磁盤操作（因?yàn)槎鄩K磁盤可以服務(wù)于同一個(gè)請(qǐng)求）。當(dāng)流的數(shù)量少于磁盤的數(shù)量時(shí)，需要對(duì)流進(jìn)行分割，以便所有磁盤都保持繁忙狀態(tài)。根據(jù)上面的兩個(gè)例子，例如，如果您有10塊磁盤和5個(gè)流，那么需要對(duì)半分割每個(gè)請(qǐng)求（將帶區(qū)單元的大小設(shè)置為請(qǐng)求大小的一半）。 RAID簡介RAID 數(shù)據(jù)恢復(fù) 1. R-Studio 2.0 2. RAID Reconstructor ()3. ActiveUndelete 5.1恢復(fù)軟件演示系統(tǒng)維護(hù)光盤Advanced Office Password RecoveryEasyRecoveryFinalDataR-studioRAR修復(fù)Word 修復(fù)思考如何安全刪除數(shù)據(jù)？網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)Worldwide Storage NetworkingIP通用存儲(chǔ)IPLaptopDesktopPDAIPEdge ServersRouter