计算机研究与发展
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磁盘阵列的数据恢复探析

  摘要:随着电子政务、电子商务及全球信息化的发展,企业级服务器正在国家职能部门、企事业单位等得到普及。而这些服务器大多采用了磁盘阵列技术,一旦磁盘阵列发生故障,如何能快速地恢复该服务器中的数据至关重要。就针对磁盘阵列的工作原理、技术规范、恢复方法、恢复工具等方面作了简要的探讨。


  关键词:磁盘阵列;工作原理;恢复方法


  中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1672-7800(2012)010-0132-02


  作者简介:蔡向阳(1974-),女,硕士,湖北黄冈职业技术学院电子信息学院副教授,研究方向为网络管理与维护、信息安全。


  1磁盘阵列(RAID)


  1.1磁盘阵列的原理


  磁盘阵列原理就是利用数组方式将多块硬盘组合成磁盘组,并当作一个磁盘驱动器来使用,配合数据分散排列的设计,以提升数据的安全性。磁盘阵列主要针对硬盘在容量及速度上无法跟上CPU及内存的发展而提出的改善方法,目的是提高系统的存储能力及容错能力。


  1.2磁盘阵列的技术规范


  根据数据组织的方式,目前业界公认的可将磁盘阵列分为8个级别(RAID0~RAID7),它们的侧重点各不相同。每个RAID等级分别针对速度、保护或两者设计的结合而设计,各个级别的简单定义见表1。


  此外,磁盘阵列还有RAID1+0、5+0、JBOD等模式。其中JBOD(无冗余模式)严格上来讲不属于磁盘阵列范畴,只是现在很多计算机主板上带有这种功能。由表1可知,RAID5集合了RAID2、RAID3、RAID4的优点,因此应用最广泛,同时也淘汰了前3种RAID技术,RAID6是RAID5的扩充,进一步增强了数据的可靠性,但效率低且成本高。RAID7虽然增强了数据的可靠性但成本过高故而很少使用,除非是在安全性极高的场合。


  1.3RAID5的数据存储原理


  RAID5是目前应用最为广泛的RAID技术,其数据存储原理是将多块独立硬盘进行条带化分割,相同带区进行奇偶校验(异或运算),校验数据平均分布在每块硬盘上,这样任何一块硬盘上的数据丢失均可以通过校验数据推算出来,并且以N块硬盘构建RAID5阵列用户可以有N-1块硬盘的容量,存储空间利用率非常高,读写数据的速度也快。虽然,RAID5提供了一定的冗余性(支持一块硬盘掉线仍可继续工作),但一旦掉盘后,运行效率将会大幅下降。


  由于奇偶校验数据是均匀分布在每块磁盘上,因此,存在着数据条带的顺序和校验块的位置方向的问题,普通用户可能不在意,但对数据恢复来说却非常重要。不同的厂家在设计RAID5时有不同的组织方式,下面列出几种常见的组织方式。


  (1)左异步(Adaptec反向奇偶校验,Backward321)。其中“左”指的是校验块的移动方向是向左循环,即阵列的条带0的校验块位于阵列最后一个磁盘(即4号盘)的0号块,条带1的校验块位于倒数第二个磁盘(即3号盘)的1号块,条带2的校验块位于第三块磁盘(即2号盘)的2号块,条带3的校验块位于磁盘0的3号块,这时即完成一个整循环,再回至3号盘的4号块……,类似由右向左旋转而下;“异步”是指在每个条带内数据块的写入都是由低号盘开始写入,写满一个块后转向高号盘,继续写入,完全不用考虑校验块的位置。具体数据组织方式如图1。


  (2)左同步(AMI反向动态奇偶校验)。其中,“同步”是指一个条带内的第一个数据块总是跟在本条带内的校验块之后。具体组织方式如图2。


  (3)右异步(正向奇偶校验)。其中,“右”与上面的“左”相对应,具体是指校验块的走向是“自左向右”,右异步数据组织方式如图3。


  (4)右同步(正向动态奇偶校验)数据组织方式如图4。


  在实际工作中,还可能会遇到其它的数据组织方式,需要读取不同的阵列卡说明书或其它方法来判断。在做RAID5的磁盘阵列数据恢复前,必须要知道它的配置参数,这是数据恢复的关键。很多卡配置时不会给出组织方式,需要用户自己去摸索试探。RAID5的关键参数主要有:一是盘序,即每块硬盘的组织顺序,在拆卸前应做好标记;二是块大小,分割数据块进行存储时的大小单位,可能是十几KB或上百KB;三是组织方式,指的是数据块和奇偶校验块存放的方式;四是起始位置,即第一块奇偶校验块的起始位置。


  2磁盘阵列RAID5的数据恢复


  由RAID5的数据组织方式可知RAID5系统本身有一定的容错功能,如果故障处理得好的话,在大多数情况下数据还是可以被恢复的。


  2.1磁盘阵列RAID5的数据恢复工具R-STUDIO简介


  在磁盘阵列RAID5做数据恢复时,支持RAID恢复的工具软件是必不可少的。目前比较出名的支持RAID分析的工具有Winhex和R-STUDIO。其中,R-STUDIO在恢复RAID方面功能更为强大。这里介绍使用R-STUDIO工具进行常规的RAID数据恢复方法。


  R-STUDIO是功能超强的数据恢复、反删除工具,采用全新恢复技术,为使用FAT12/16/32、NTFS、Ext2FS分区的磁盘提供完整数据维护解决方案。同时对本地和网络磁盘提供支持,此外还提供大量的参数设置让高级用户获得最佳恢复效果。其具体功能有:采用Windows资源管理器操作界面;通过网络恢复远程数据;能够重建损毁的RAID阵列;为磁盘、分区、目录生成镜像文件;恢复删除分区上的文件、加密文件、数据流;恢复Fdisk或其它磁盘工具删除过的数据、病毒破坏的数据、MBR破坏后的数据;识别特定文件名;将数据保存到任何磁盘;浏览、编辑文件或磁盘内容等。


  2.2磁盘阵列RAID5的数据恢复案例


  某单位的HP服务器,外置的磁盘阵列柜配4块73G盘、一块热备、3块做成一组Raid5。在客户端操作数据时出现问题,管理员在RAID卡管理界面中发现RAID5显示为Fail状态。服务器Win2003系统中,原有阵列中的盘符全部丢失。经售后工程师电话服务解决后的现象是,Raid卡管理介面中,0号盘Dead状态、1-2盘为Offline状态;盘柜中1、2号盘有信息灯警示;服务器Win2003系统不能识别盘阵。考虑到客户在盘阵中有重要数据,因此建议请专业数据恢复人员提供服务。   任务分析:数据恢复工程师上门对每块盘的数据进行检测,检测结果为0号盘物理损坏,3号盘为热备盘顶替了0号盘,但由于1、2号盘有坏扇区,引起1、2号盘离线,因此RAID5不能工作。根据上述故障现象提供的恢复方案是先对1~3号硬盘做镜像,用镜像文件代替原始硬盘,再用RAID重组技术,对原始的1、2、3号盘(缺0号盘)3盘块虚拟重组为一个RAID5,导出用户数据。


  操作方法与步骤:


  (1)首先制作硬盘的镜像文件,可以用R-STUDIO、MTL、Winhex或其它工具。


  (2)然后打开R-STUDIO软件,并在该工具中通过菜单Drive/OpenImageFile打开备份的镜像文件,如图5。


  (3)接着选择RAID阵列重组类型见图6。有4种类型可供选择:VirtualVolumeSet虚拟卷集、VirtualMirror虚拟镜象、VirtualVolumeStripeSet虚拟条带卷、VolumeRaid5虚拟RAID5。在这里选择创建虚拟RAID5。


  (4)接着在左边窗口中选择“VolumesetsandRAIDs”下选中刚才创建的VirtualRAIDs,并将1、2、3个Img文件依次拖入右边Parents框内,再通过右下选项卡的Preperties(特性)进行RAID参数设置。主要是RAIDBlockSize、RAIDBlocksOrder校验方向的设置。本例设置为16K、左同步(Standard)。


  (5)在参数设置完成后,在VirtualRAIDs中虚拟磁盘阵列上点右键,并选择Scan(扫描)。在扫描完成后,即可在该目录下以绿色字体显示找到的所有有效分区。


  (6)接着打开绿色有效分区,即可以看到正常的目录。此时,可以根据客户的需要选择要恢复的目录,并导出数据。至此,即完成了磁盘阵列的用户数据恢复了。


  在此案例的数据恢复过程中,由于2号盘和1号盘同时离线,故而仅需做故障盘的全盘镜像,然后利用镜像文件来恢复数据即可;倘若是分别离线,则需要分析离线时间,去掉先离线的盘,用剩下的两块盘来恢复数据。


  事实表明,在做磁盘阵列恢复之前,需要注意两点:一是正确地判断出故障情况,具体可通过观察、询问和经验判断的方法来分析故障的形成原因及过程,然后再选择正确的恢复手段。一般来说磁盘阵列故障往往不是单一原因造成,常规的故障恢复手段只能恢复阵列状态,而不能恢复阵列数据,即使让磁盘阵列恢复到正常使用状态,但这些操作往往会导致阵列底层数据的彻底损坏。因此,必须根据具体情况制订相应的解决方案,切不可贸然实施阵列恢复;二是要弄清楚硬盘组的盘序,切不可弄错。同时要设定好RAID5的组织方式,比如正向校验等。如果客户忘记了组织方式,可以根据磁盘上数据块的大小和内容来分析、判断。有一些软件可以自动帮助分析,如Winhex,但效果都比不上有丰富经验的技术人员。在组织方式确定下来后,起始位置和数据块大小也可以确定了,至此,RAID数据恢复就至少成功了一半。


  参考文献:


  [1]何欢,何倩。数据备份与恢复[M].北京:机械工业出版社,2012.


  [2]蔡平。磁盘阵列的数据安全隐患与数据修复[C].第二十一次全国计算机安全学术交流会论文集,2006.


  (责任编辑:余晓)


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