摘要:本文提出了一種微機(jī)文件系統(tǒng)的備份和恢復(fù)技術(shù)，其特點(diǎn)在于自動快捷，無須軟盤或其它貯存介質(zhì)，占用資源少，給用戶在硬盤崩潰時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)帶來了希望。

　　關(guān)鍵字:FAT表 文件系統(tǒng) 備份 數(shù)據(jù)安全 災(zāi)難恢復(fù)

　　2 備份和恢復(fù)技術(shù)簡介

　　2.1 備份的重要性

　　備份是保證數(shù)據(jù)安全的一種必不可少的手段。在采用自動化進(jìn)行管理的重要部門備份都是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。對于個(gè)人電腦用戶，經(jīng)常性的對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份也是一個(gè)良好的習(xí)慣。然而，常常有不少用戶忽略了這一環(huán)節(jié)，等到數(shù)據(jù)丟失時(shí)，才痛心疾首，悔不埃言。1999年4月26日的全球CIH病毒大發(fā)作令很多用戶痛失數(shù)據(jù)，這個(gè)慘痛的教訓(xùn)也提醒大家在數(shù)字信息時(shí)代，數(shù)據(jù)備份的重要性。

　　2.2 常見備份技術(shù)

　　從備份和恢復(fù)的技術(shù)角度和占用貯存空間考慮，我們可以把備份分成兩種，一種是保存數(shù)據(jù)內(nèi)容本身的一份或多份拷貝或者是部分冗余恢復(fù)信息，另一種就是保存數(shù)據(jù)在貯存體上組織信息結(jié)構(gòu)的拷貝。

　　前一種技術(shù)有各種備份技術(shù)和手段，諸如雙機(jī)熱備份、RAD磁盤冗余陣列等，都得到了廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)都是針對企業(yè)應(yīng)用的，對于個(gè)人用戶而言，因?yàn)槌杀竞途S護(hù)技術(shù)等問題，并不適用。

　　后一種技術(shù)對于個(gè)人用戶就用得比較多了，比如一些殺毒軟件都會提示用戶用軟盤保存系統(tǒng)關(guān)鍵信息，用于遭受病毒破壞時(shí)，恢復(fù)系統(tǒng)。

　　2.3 個(gè)人用戶的備份技術(shù)

　　對于個(gè)人用戶而言，熱備份等技術(shù)不適合，一般也就是把重要數(shù)據(jù)刻成光盤，在硬盤上保留多個(gè)拷貝，在硬盤的不用分區(qū)上保留拷備，用額外的硬盤或移動硬盤保存重要文件等。另外就是采用一些軟件提供的系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存功能。本文所要討論的正是屬于上述第二種的備份技術(shù)。

　　3 計(jì)算貯存系統(tǒng)——FAT文件系統(tǒng)

　　微機(jī)上最常用的DOS/WINDOWS系統(tǒng)支持的文件系統(tǒng)主要是FAT16/FAT32系統(tǒng)，本文也是針對這種文件系統(tǒng)討論這種備份技術(shù),另外軟盤上的FAT12系統(tǒng)已經(jīng)很少用，這里不作討論。

　　對于FAT系統(tǒng)而言，一個(gè)硬盤上的分區(qū)被格式化為獨(dú)立的一個(gè)系統(tǒng)，可以分為四個(gè)部分：引導(dǎo)區(qū)、FAT表區(qū)、根目錄區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。FAT16系統(tǒng)引導(dǎo)區(qū)（稱為BOOT區(qū)）占一個(gè)扇區(qū)，包括引導(dǎo)記錄和有關(guān)磁盤的系統(tǒng)參數(shù)（BPB表），F(xiàn)AT表區(qū)緊隨其后，所占扇區(qū)數(shù)根據(jù)分區(qū)大小而不同，在BPB表中有一項(xiàng)指定了每個(gè)FAT所占扇區(qū)數(shù)。FAT表區(qū)包括兩份FAT表，兩份FAT表在正常情況下應(yīng)始終保持一致。

　　再接著便是根目錄區(qū)（ROOT）了，根目錄區(qū)所占扇區(qū)數(shù)也由BPB表中指定。目錄區(qū)每一項(xiàng)32個(gè)字節(jié)，包括了有關(guān)文件和目錄的名稱、屬性、長度等的信息，如果是長文件名則一個(gè)文件的記錄要占幾個(gè)目錄項(xiàng)。根目錄區(qū)后面便是數(shù)據(jù)區(qū)了。FAT32系統(tǒng)和FAT16系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本一樣，只是FAT表每一項(xiàng)的位數(shù)不同，一個(gè)是32位一個(gè)是16位，另外BPB表的參數(shù)項(xiàng)位置有所變化，主要是針對大硬盤而改變的。下面再討論一下FAT表的結(jié)構(gòu)，以16位FAT表為例，F(xiàn)AT表以16位兩個(gè)字節(jié)為一項(xiàng)，開始兩項(xiàng)為FFF8,FFFF作為FAT表的標(biāo)志，接下去的每一項(xiàng)都代表一個(gè)簇的硬盤空間，所謂簇是DOS/WINDOWS系統(tǒng)中磁盤空間的一種單位，一個(gè)簇由物理上連續(xù)的若干個(gè)扇區(qū)組成，具體每簇包括多少扇區(qū)也在BPB表中有記錄，根據(jù)硬盤分區(qū)大小而不同，文件的空間分配以簇為基本單位，一個(gè)文件不管大小將至少分配一簇。數(shù)據(jù)區(qū)開始簇號為2，也就是FAT表中第2項(xiàng)所代表的（第0項(xiàng)和第1項(xiàng)作為FAT表標(biāo)志）。數(shù)據(jù)區(qū)每一簇空間都對應(yīng)于FAT表中的一項(xiàng)，當(dāng)FAT表中對應(yīng)的一項(xiàng)為0時(shí)則表示那一簇硬盤空間是空閑的，還未被文件占用。一個(gè)文件可能在磁盤上占用好幾簇的空間，這幾塊空間分布可能并不是連續(xù)的，那如何記錄一個(gè)文件存放在磁盤的哪些地方呢？這就要綜合目錄表和FAT表的信息了。前面已經(jīng)說過，一個(gè)文件在目錄表中占有一項(xiàng)（長文件名則占多項(xiàng)），存貯文件的有關(guān)信息，其中有一項(xiàng)就是文件的首簇號，也就文件開始的存放地址。如果文件在一簇空間中容不下，就要看FAT表了，F(xiàn)AT表中的某一項(xiàng)如果不是空閑的，則是記錄了文件占用空間的下一個(gè)簇號，依次類推，一個(gè)文件的所占用的簇號將形成一個(gè)鏈表，而文件最后一簇對應(yīng)的FAT表項(xiàng)則記錄了一個(gè)EOF標(biāo)志FFFF，表示文件結(jié)束，相當(dāng)于鏈表的尾結(jié)點(diǎn)。

　　格式化硬盤時(shí)，操作系統(tǒng)會自動根據(jù)硬盤分區(qū)大小選擇FAT系統(tǒng)的簇大小，比如4K，8K等，所以在硬盤上，1個(gè)簇里面的內(nèi)容肯定是連續(xù)的，而一個(gè)文件由若簇構(gòu)成，可以分布在整個(gè)文件系統(tǒng)各個(gè)地方。

　　FAT表是文件系統(tǒng)關(guān)鍵的信息，把保存了文件是如何由一個(gè)一個(gè)不連續(xù)的簇按順序鏈接起來，如果丟失了FAT表信息，則只有一堆混亂的數(shù)據(jù)，無法構(gòu)成文件, 現(xiàn)有一些恢復(fù)軟件在假設(shè)文件是連續(xù)存放的情況下可以嘗試恢復(fù)。

　　4 基于關(guān)鍵區(qū)的單機(jī)自備份技術(shù)

　　4.1 一般FAT文件系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)備份原理與局限

　　從以上討論可以看出，對于FAT文件系統(tǒng)，BOOT區(qū)、FAT區(qū)、ROOT區(qū)都是系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)，里面記錄有關(guān)文件系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，一旦這些區(qū)域被破壞，即使文件本身數(shù)據(jù)還在磁盤上，也很難找到，因?yàn)閬G失了索引，就不知道文件占用哪些物理空間了，尤其對于二進(jìn)制文件。些外，硬盤的主引導(dǎo)區(qū)也是關(guān)鍵區(qū)，它存放了整個(gè)硬盤的主要分區(qū)信息。而這些區(qū)域中最關(guān)鍵的是FAT區(qū)，它記錄了文件的具體分布位置。其它區(qū)的如主引導(dǎo)區(qū)，BOOT區(qū)的數(shù)據(jù)還可能根據(jù)分析推算出來，而根目錄丟失，還可以通過直接查找子目錄表來找回下面的文件數(shù)據(jù)。而FAT表信息一旦丟失就難于恢復(fù)了。事實(shí)上這樣區(qū)域由于位于最前面，最容易遭到破壞，病毒也常常只攻擊這些區(qū)域。如CIH病毒，破壞硬盤是便是從頭到尾用隨機(jī)數(shù)據(jù)來寫硬盤，主引導(dǎo)扇區(qū)，C盤的BOOT區(qū)、FAT區(qū)、ROOT區(qū)便首當(dāng)其沖遭到破壞。現(xiàn)實(shí)中遇到的大部分文件系統(tǒng)無法訪問的問題都只是這樣系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)的信息被破壞，而文件系統(tǒng)中大部分文件的本身數(shù)據(jù)不太可能被全部破壞，這里所說破壞就是指被清零或被其它數(shù)據(jù)所覆蓋。一些磁盤工具已經(jīng)提供了備份這些關(guān)鍵區(qū)的功能，如Norton磁盤工具。這些工具通過制作緊急修復(fù)軟盤把系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)數(shù)據(jù)備份到軟盤上，在系統(tǒng)崩潰時(shí)用來恢復(fù)系統(tǒng)。這確實(shí)是一種有效的手段。

　　4.2 自備份和自鏈接文件

　　此文所討論的技術(shù),基于兩點(diǎn)關(guān)鍵：1.開機(jī)備份和定時(shí)備份. 2.自鏈接文件

　　基于4.1中所討論的局限，軟件采用開機(jī)自動運(yùn)行的方式，它將定時(shí)將系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)包括分區(qū)表、BOOT區(qū)、FAT表、ROOT表保存下來放到一個(gè)文件里。這樣的文件可以有多個(gè)，輪流恢蓋使用。比如每隔一小時(shí)備份一次，采用5個(gè)文件，第1個(gè)小時(shí)寫文件1，第2個(gè)小時(shí)寫文件2，依次到第5個(gè)小時(shí)，寫文件5，第6個(gè)小時(shí)再寫文件1，恢蓋5個(gè)小時(shí)前的數(shù)據(jù)。文件中同時(shí)會記下備份的時(shí)間序號。

　　那么如果文件系統(tǒng)被破壞了，所以文件都看不到了，包括這些備份文件，又怎么能利用它們恢復(fù)系統(tǒng)呢？這里采用辦法就是自鏈接文件。所謂自鏈接文件，以文件系統(tǒng)的最小分配單元--簇為一個(gè)塊結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)頭部有特殊標(biāo)志和這一塊在整個(gè)文件中的序號。

　　4.3 恢復(fù)過程

　　當(dāng)FAT文件系統(tǒng)關(guān)鍵區(qū)數(shù)據(jù)被破壞，索引信息丟失，無法從FAT表中得到備份文件所占的數(shù)據(jù)塊時(shí)，采用直接在磁盤上從頭到尾查找，以文件簇大小為單位讀取磁盤塊，找到有頭部標(biāo)志數(shù)據(jù)扇區(qū)，計(jì)算校驗(yàn)和，確定屬于備份文件的塊，把所有的塊找到后，就可以根據(jù)其中的序號順序連接起來，從而把整個(gè)文件恢復(fù)出來。把所有的備份文件恢復(fù)出來以后就可以用其中最新的并且校驗(yàn)和無誤的文件來恢復(fù)系統(tǒng)的關(guān)鍵信息，從而恢復(fù)整個(gè)文件系統(tǒng)。一般來說，只要大部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有被覆蓋，就能恢復(fù)大部分文件。

　　一般硬盤格式化時(shí)用戶常常會分幾個(gè)分區(qū)，備份軟件可以再在不同分區(qū)上存放多份備份文件，從而使恢復(fù)成功概率更高。因?yàn)橐话闫茐目赡芗性谟脖P的某一區(qū)域，特別是頭部，那么即使第一個(gè)分區(qū)的備份文件數(shù)據(jù)被破壞了，也能找到其它分區(qū)的備份文件。

　　5 小結(jié)

　　本文討論了一種保護(hù)個(gè)人電腦數(shù)據(jù)安全性的方法，利用這種方法，在不增加硬件成本和時(shí)間成本的情況下，可以大大提高文件系統(tǒng)破壞以后的數(shù)據(jù)恢復(fù)成功的概率。

　　6 參考文獻(xiàn)

　　[1]《淺析FAT32文件系統(tǒng)》計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程 2005年01期 張明亮 , 張宗杰

　　[2]《FAT32文件分配格式及對系統(tǒng)的影響》機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 2000年第03期 鄭寶玲