UNIX系統(tǒng)被刪文件的恢復策略

system

2001-06-20 09:20:00· 李貴林 陳朝暉
　　與DOS/Windows不同，UNIX文件被刪除后很難恢復，這是由UNIX獨特的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的。UNIX文件目錄不像DOS/Windows那樣，文件即使被刪除之后仍保存有完整的文件名、文件長度、始簇號(即文件占有的第一個磁盤塊號)等重要信息;相反，它的文件信息全部依靠一種被稱為i節(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述，而i節(jié)點在相應(yīng)文件被刪除之后即被清空，因此，要想直接恢復被刪除的文件內(nèi)容幾乎是不可能的，必須另辟蹊徑。本文結(jié)合實際，討論幾種文件恢復策略及其關(guān)鍵步驟的具體實現(xiàn)。

　　一、UNIX文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　我們知道，UNIX是以文件卷作為其文件系統(tǒng)存儲格式的，而不同的UNIX系統(tǒng)，文件卷格式是有差異的，甚至即使是同一UNIX操作系統(tǒng)的不同版本，其文件系統(tǒng)未必完全相同，例如：SCO UNIX 4.1版與5.0版文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就有明顯差異，但只要是UNIX系統(tǒng)，其文件卷的基本結(jié)構(gòu)是一致的。分析如下：

　　不管是什么UNIX系統(tǒng)，不管什么版本，其文件卷至少包括引導塊、超級塊、i節(jié)點表、數(shù)據(jù)區(qū)等幾個部分。除此之外，不同UNIX版本可能還有不同的差異。例如：SCO UNIX系統(tǒng)的位圖索引塊和位圖塊AIX的邏輯卷表等。這些系統(tǒng)的特殊性不影響下文的恢復策略，故這里不作討論，僅介紹標準UNIX文件卷結(jié)構(gòu)。

　　1. 引導塊

　　位于文件卷最開始的第一扇區(qū)，這512字節(jié)是文件系統(tǒng)的引導代碼，為根文件系統(tǒng)所特有，其他文件系統(tǒng)這512字節(jié)為空。

　　2. 超級塊

　　位于文件系統(tǒng)第二扇區(qū)，緊跟引導塊之后，用于描述本文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如i節(jié)點長度、文件系統(tǒng)大小等，其結(jié)構(gòu)存放于/usr/include/sys/filsys.h中，其結(jié)構(gòu)如下：

　　struct filsys

　　{

　　ushort s_isize; /*磁盤索引節(jié)點區(qū)所占用的數(shù)據(jù)塊數(shù)*/

　　daddr_t s_fsize; /*整個文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)塊數(shù)*/

　　short s_nfree; /*在空閑塊登錄表中當前登記的空閑塊數(shù)目*/

　　daddr_t s_free[NICFREE]; /*空閑塊登記表*/

　　short s_ninode; /*空閑索引節(jié)點數(shù)*/

　　ino_t s_inode[NICINOD]; /*空閑節(jié)點登記表*/

　　char s_flock; /*加鎖標志位*/

　　char s_ilock; /*節(jié)點加鎖標志位*/

　　char s_fmod; /*超級塊修改標志*/

　　char s_ronly; /*文件系統(tǒng)只讀標志*/

　　time_t s_time; /*超級塊上次修改的時間*/

　　short s_dinfo[4]; /*設(shè)備信息*/

　　daddr_t s_tfree; /*空閑塊總數(shù)*/

　　ino_t s_tinode; /*空閑節(jié)點總數(shù)*/

　　char s_fname[6]; /*文件系統(tǒng)名稱*/

　　char s_fpack[6];

　　long s_fill[13]; /*填空位*/

　　long s_magic; /*指示文件系統(tǒng)的幻數(shù)*/

　　long s_type; /*新文件系統(tǒng)類型*/

　　};

　　3. i節(jié)點表

　　i節(jié)點表存放在超級塊之后，其長度是由超級塊中的s_isize字段決定的，其作用是用來描述文件的屬性、長度、屬主、屬組、數(shù)據(jù)塊表等，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在/usr/include/sys/ino.h中，如下：

　　struct dinode

　　{

　　ushort di_mode;

　　short di_nlink;

　　ushort di_uid;

　　ushort di_gid;

　　off_t di_size;

　　char di_addr[40];

　　time_t di_atime;

　　time_t di_mtime;

　　time_t di_ctime;

　　};
4. 目錄結(jié)構(gòu)

　　UNIX所有文件均存放于目錄中，目錄本身也是一個文件。目錄存放文件的機制如下：首先，目錄文件本身也象普通文件一樣，占用一個索引節(jié)點，其次，由這個索引節(jié)點得到目錄內(nèi)容的存放位置，再次，從其內(nèi)容中取出一個個的文件名和它對應(yīng)的節(jié)點號，從而訪問一個文件。目錄結(jié)構(gòu)如下：

　　索引節(jié)點號(2字節(jié)) .(本目錄)(14字節(jié))

　　索引節(jié)點號(2字節(jié)) ..(父目錄)(14字節(jié))

　　索引節(jié)點號(2字節(jié)) 文件名(14字節(jié))

　　索引節(jié)點號(2字節(jié)) 文件名(14字節(jié))

　　索引節(jié)點號(2字節(jié)) 文件名(14字節(jié))

　　由上可知文件名是依靠目錄來描述的，文件的內(nèi)容和其他信息則由索引節(jié)點來描述。

　　二、文件的刪除過程

　　UNIX下刪除一個文件的過程很簡單，那就是釋放索引節(jié)點表和文件占用的數(shù)據(jù)塊，清空文件占用的索引節(jié)點，但不清除文件內(nèi)容。但刪除文件與刪除目錄的處理不盡相同，不同命令刪除文件的過程也不相同。

　　1. 刪除一個文件

　　UNIX 刪除一個文件的具體步驟是：根據(jù)文件i節(jié)點的地址表逐一釋放文件占用的磁盤數(shù)據(jù)塊，然后清空相應(yīng)的節(jié)點，最后釋放i節(jié)點。

　　2. 刪除一個目錄

　　刪除一個目錄的過程：首先逐一刪除目錄里的所有文件，然后刪除目錄。目錄本身也是一個文件，故刪除方法與刪除文件一致。

　　3. 幾種不同的刪除命令

　　.rm 命令

　　一般刪除命令，刪除過程上述已說明。

　　.mv命令

　　格式：mv 文件1 文件2

　　處理過程是將文件2的數(shù)據(jù)塊釋放，然后將文件1的名稱改為文件2，再釋放文件2所占的i節(jié)點。

　　. >; 命令

　　格式：>;文件名

　　若產(chǎn)生一個新文件，>;命令僅僅申請一個i節(jié)點，而不寫入任何文件內(nèi)容；若清空一個已經(jīng)存在的文件，則釋放文件所占的數(shù)據(jù)塊，并將文件長度清零。

　　三、被刪文件的恢復策略

　　要恢復被刪除的文件，只能根據(jù)刪除后留下的東西去做文章。文件被刪除后留下了什么呢？由上述分析可知：其一、留下了文件的內(nèi)容；其二、留下了“現(xiàn)場”。文件的恢復策略只能從這兩個方面來分析。以下談幾種恢復策略。

　　1.根據(jù)磁盤現(xiàn)場進行恢復

　　如果文件被刪除，現(xiàn)場未被破壞(即文件被刪除后硬盤未發(fā)生過寫操作)，而且假定只刪除了一個文件，那么可根據(jù)系統(tǒng)的分配算法進行恢復。因為系統(tǒng)建立一個文件時，必定根據(jù)某一特定的分配算法決定文件占用的數(shù)據(jù)塊位置。而當該文件被刪除后，它所占用的數(shù)據(jù)塊被釋放，又回到系統(tǒng)的分配表中，這時如果重新建立一個文件，系統(tǒng)根據(jù)原來的分配算法分配出的數(shù)據(jù)塊必定跟該文件原來占用的數(shù)據(jù)塊一致，而且我們知道，UNIX文件最后一數(shù)據(jù)塊尾部多出的字節(jié)是全部置0的，據(jù)此只要調(diào)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分配算法，在系統(tǒng)中一塊塊的申請數(shù)據(jù)塊，因為UNIX文件最后一個數(shù)據(jù)塊尾部多出的字節(jié)全部為0，所以，只要發(fā)現(xiàn)一個分配出的數(shù)據(jù)塊中尾部全為0，即可認為文件結(jié)束，由此可確定文件長度和內(nèi)容，進而實現(xiàn)恢復。方法如下：

　�、派暾堃粋�索引節(jié)點，即向系統(tǒng)申請創(chuàng)建一個新文件名而不寫入任何內(nèi)容。如：#>;/tmp/xx

　�、普{(diào)用系統(tǒng)分配數(shù)據(jù)塊算法getnextfreeblock()得到一個數(shù)據(jù)塊號，記入某一地址表變量中。

　�、亲x出這個數(shù)據(jù)塊，判斷其尾部是否全部連續(xù)為0，若不是，則回到(2)，若是，則進行(4)。

　�、仁紫扔孟到y(tǒng)函數(shù)fstat得到/tmp/xx的i節(jié)點號，然后將(2)步所得的地址表寫入索引節(jié)點的地址表中(注意間址問題)，并根據(jù)數(shù)據(jù)塊個數(shù)和最后一塊中有效數(shù)據(jù)長度計算出文件大小，寫入i節(jié)點的di_size字段。

　�、苫貙懴到y(tǒng)的索引節(jié)點表即可。
需要說明的是，第一，系統(tǒng)分配數(shù)據(jù)塊的算法因不同的UNIX版本而不同；第二，有的UNIX如SCO UNIX 5.0版，其空閑數(shù)據(jù)塊的分配和回收是使用一種動態(tài)鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，它們的文件恢復更加容易，只要在空閑鏈表中的表尾去尋找即可，筆者另行描述。

　　2. 根據(jù)內(nèi)容恢復。

　　若現(xiàn)場已被破壞，即硬盤發(fā)生過寫操作，那么只好根據(jù)內(nèi)容來恢復。而且，由于UNIX是一個多進程、多用戶系統(tǒng)，它每一次開關(guān)機或硬件、通訊故障等都會記錄系統(tǒng)日志、.sh_history等，硬盤現(xiàn)場被破壞可能性極大。因此討論按內(nèi)容恢復的方法具有更大的實用價值。筆者經(jīng)過實際探索得出下列四種恢復策略供參考。

　�、抨P(guān)鍵字搜索法

　　如果知道被刪除的文件內(nèi)容中若干字節(jié)的內(nèi)容，而且該文件長度又不超過一個磁盤塊，那么可以在整個文件系統(tǒng)中搜索這一字節(jié)串，得出一個文件所在的數(shù)據(jù)塊，將它們的塊號填入一個i節(jié)點，即可恢復一個文件，搜索文件系統(tǒng)的算法很簡單，說明如下：

　　a. #df -k 確定文件系統(tǒng)的設(shè)備文件名(如/dev/root)

　　b.用下述函數(shù)搜索，若成功，返回數(shù)據(jù)塊號，反之返回-1。其中fsname是文件系統(tǒng)的設(shè)備名，如/dev/root，comp()參數(shù)是實現(xiàn)搜索條件的函數(shù)。

　　long searchfs(char *fsname , int comp())

　　{

　　FILE *fp;

　　char buf[1024];

　　long i=0;

　　fp=fopen(fsname,"r"

　　while (!feof(fp))

　　{

　　fread(buf,1024,1,fp);

　　if (comp()) /* 檢查是否符合搜索條件 */

　　return i; /* 若成功返回塊號 */

　　i++;

　　}

　　fclose(fp);

　　return -1; /* 未找到符合條件的塊，返回-1*/

　　}

　�、凭�確長度搜索法

　　如果知道被刪除文件的精確長度(字節(jié)數(shù))，那么可根據(jù)一個數(shù)據(jù)塊的大小，計算出文件的最后一個數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)的精確長度，該數(shù)據(jù)塊中其他字節(jié)必然是全0。根據(jù)這一條件，通過搜索整個文件系統(tǒng)，找出其中符合條件的數(shù)據(jù)塊，若出現(xiàn)多個塊符合要求，則還需要根據(jù)其他條件區(qū)分。但不管怎樣，根據(jù)精確長度分析也是恢復數(shù)據(jù)的一個策略。

　�、莾�(nèi)容關(guān)聯(lián)法

　　如果知道文件內(nèi)容中存在某種可實現(xiàn)的關(guān)聯(lián)，例如文件的校驗和，或者文件內(nèi)容的某種上下文關(guān)系，那么也可通過搜索整個文件系統(tǒng)，通過反復嘗試尋找符合關(guān)聯(lián)條件的磁盤數(shù)據(jù)塊，進而恢復一個文件。

　�、拳h(huán)境比較法

　　如果知道刪除文件所在的文件系統(tǒng)的安裝過程，那么，另行找一臺完全相的機器，按原來完全相同的步驟安裝相同版本的UNIX和相應(yīng)的其他軟件，可以想象，新的機器環(huán)境會與原來的環(huán)境基本相同，比較兩個機器上相同文件系統(tǒng)的內(nèi)容，可以推斷出被刪除文件的大致位置，至少可以大大減少查找的范圍，一旦查找的范圍足夠小時，可以用逐個觀察和嘗試的方法結(jié)合其他條件恢復數(shù)據(jù)，降低恢復的難度，增加恢復的可靠性。

　　UNIX系統(tǒng)下文件系統(tǒng)恢復的具體實現(xiàn)依賴于不同操作系統(tǒng)和不同版本的具體文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和磁盤塊分配算法。本文試圖總結(jié)出一種一般性的思路和策略，限于篇幅，不能詳細討論它們的具體實現(xiàn)過程。