Восстановление данных. Практическое руководство

Восстановление нефрагментированных файлов осуществляется элементарно. Достаточно просто выделить группу секторов и записать ее содержимое на диск.

Внимание!

Повторюсь еще раз — ни в коем случае не записывайте файлы не на сам восстанавливаемый том!

Единственная проблема заключается в определении оригинальной длины. Некоторые типы файлов допускают присутствие "мусора" в своем хвосте. В этом случае можно следовать правилу, гласящему, что перебор лучше недобора. Однако это справедливо не для всех файлов! Если конец файла не удается определить визуально (например, pdf-файлы завершаются сигнатурой %%EOF), проанализируйте заголовок файла. Как правило, наряду с прочей полезной информацией там присутствует и размер файла. В данном случае все зависит от структуры конкретного файла, и универсальных рекомендаций дать невозможно.

Если восстанавливаемый файл фрагментирован, то ситуация осложняется. По правде говоря, она практически безнадежна, поскольку, чтобы собрать разрозненные цепочки кластеров воедино, необходимо хорошо знать содержимое удаленного файла. В этом смысле NTFS восстанавливается намного хуже, чем FAT. Последовательность фрагментов файла, хранящаяся в FAT в виде однонаправленного списка, очень живуча. Если список не поврежден, достаточно лишь найти его первый элемент (а сделать это проще простого, поскольку он будет указывать на заголовок файла с вполне предсказуемым содержимым). Даже если список "разрубить" на несколько частей, они продолжат жить собственной жизнью, и останется лишь подобрать комбинацию, в которой их необходимо склеить воедино. Список гибнет лишь при полном затирании FAT, что случается, прямо скажем, не часто. В NTFS же порядок фрагментов файла хранится в крохотных списках отрезков, и их гибель — обычное дело, после чего мы остаемся один на один с миллионом беспорядочно разбросанных кластеров. С текстовыми файлами еще можно работать, но что делать, если файл представлял собой электронную таблицу, графическое изображение или архив? Без знания стратегии выделения дискового пространства восстановить такой файл невозможно. Порядок, в котором драйвер файловой системы находит подходящие свободные фрагменты, не предопределен. Он варьируется в зависимости от множества обстоятельств, однако некоторые закономерности в нем все же присутствуют.

В ходе анализа списков отрезков сильно фрагментированных дисков мне удалось установить следующие закономерности. Сначала заполняются самые большие "дыры", причем заполнение происходит в направлении от конца зоны MFT к концу диска. Затем драйвер файловой системы возвращается назад и начинает заполнять "дыры" поменьше. Так продолжается до тех пор, пока файл не оказывается на диске целиком. В последнюю очередь заполняются "дыры" размером в один кластер. Просматривая карту диска, представленную файлом /$BITMAP, мы можем в точности восстановить порядок размещения фрагментов удаленного файла, наскоро собрав их воедино. Во всяком случае, теоретически такая возможность существует. На практике же на этом пути нас ждут коварные препятствия. Дело в том, что с момента создания восстанавливаемого файла карта свободного дискового пространства могла радикально измениться. Всякая операция удаления файлов высвобождает одну или несколько "дыр", хаотично перемешивающихся с "дырами" восстанавливаемого файла. Как этому противостоять? Сканируем MFT в поисках записей, помеченных как удаленные, но еще не затертых. Декодируем списки отрезков и вычеркиваем соответствующие им фрагменты из списка кандидатов на восстановление. Это существенно сужает круг поиска, хотя количество комбинаций, в которые можно собрать фрагментированный файл, по- прежнему остается велико. Но это не самое главное.

Самое "интересное" начинается, когда на диск одновременно записываются несколько файлов (например, скачиваемых из Интернета) или когда некий файл постепенно увеличивает свой размер (это происходит с документами Word при наборе текста), и одновременно с этим на диск записываются другие файлы. Когда к существующему файлу дописывается крошечная порция данных, файловая система находит наименьшую "дыру", затем следующую наименьшую "дыру" и т.д., вплоть до тех пор, пока маленькие "дыры" не исчерпаются. Когда это происходит, наступает черед "дыр" большего размера. В результате файл сильно фрагментируется. Кроме того, файл заполняется не от больших дыр к меньшим, а наоборот (т.е. происходит инверсия стратегии размещения). Таким образом, маленькие фрагменты одного файла перемешиваются с маленькими фрагментами других файлов.

Хуже всего поддаются восстановлению документы, созданные в Microsoft Office. Происходит это потому что приложение создает большое количество резервных копий редактируемого файла, как в текущем каталоге, так и в каталоге %TEMP%. Разобраться с тем, какой фрагмент какому файлу принадлежит, очень нелегко!

Проще всего восстанавливать ZIP-архивы. Для этого вам даже не потребуется запускать дисковый редактор. Откройте временный файл на запись, сделайте seek на размер свободного дискового пространства, закройте файл. А теперь обработайте его утилитой pkzipfix.exe (или запустите стандартный pkzip.exe с ключом Fix). В "исправленном" файле волшебным образом появятся все уцелевшие ZIP-архивы! Внутренняя структура ZIP-архива такова, что pkzipfix легко распознает даже переупорядоченные блоки, поэтому высокая степень фрагментации ему не помеха.

Дефрагментация тоже происходит интересно. Стандартный API дефрагментации в силу малопонятных ограничений оперирует не единичными кластерами, а блоками! Минимальный размер блока составляет 16 кластеров, причем начало блока должно быть кратно 16 кластерам в файле! Количество мелких "дыр" после дефрагментации только возрастает, а непрерывных областей свободного пространства практически совсем не остается.

Не забывайте, что перемещать что-либо внутрь зоны MFT тоже нельзя. Наверняка вы знакомы с системным сообщением примерно следующего вида:

На томе С: свободно 17%, но только 5% доступно для использования
дефрагментатора диска. Для эффективной работы дефрагментатор требует
по крайней мере 15% доступного свободного места.

"Недоступное" для дефрагментатора пространство находится внутри зоны MFT, потому что, как вы помните, при форматировании диска для хранения файла $MFT резервируется 12,5% от емкости тома. Затем, по мере исчерпания дискового пространства, файл $MFT усекается наполовину, а освободившееся за счет этого дисковое пространство отдается для хранения пользовательских файлов. Иначе говоря, для гарантированной работы дефрагментатора ему нужно 10% + 15% == 25% свободного дискового пространства. Не слишком ли высока эта плата за дефрагментацию? Если же у вас свободно свыше 25%, настоятельно рекомендуется создать на диске временный файл и выполнить seek, чтобы заполнить все более или менее крупные "дыры", что не позволит дефрагментатору их изуродовать. Разумеется, после дефрагментации этот файл нужно удалить. К счастью, на сжатые файлы ограничение на минимальный размер блока в 16 кластеров не распространяется, поэтому мелкие файлы очень выгодно держать в сжатом состоянии, так как это существенно уменьшает фрагментацию тома. Чаще дефрагментируйте свой диск! Это не только увеличит быстродействие, но и упростит восстановление удаленных файлов с затертой файловой записью.

Вообще говоря, восстановление файлов — операция несложная, но нудная и кропотливая. Если по долгу службы или в силу иных обстоятельств вам приходится заниматься восстановлением постоянно, то этот процесс можно "автоматизировать", написав несколько простых утилит. Чтобы получить доступ к логическому разделу в Windows NT, достаточно открыть одноименное устройство с помощью функции CreateFile("\\.\X:", GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, 0, OPEN_EXISTING, 0, 0), где X: — буквенное обозначение логического диска. Более подробную информацию по данному вопросу можно найти в документации Platform SDK.

Не думайте, что все уже написано задолго до вас! Утилит, пригодных для профессионального восстановления данных, под NTFS до сих пор нет. Во всяком случае, их нет в открытой продаже. Имеющиеся же средства восстановления страдают массой нелепых ограничений. Например, они не могут ограничить диапазон секторного поиска только свободным или только занятым пространством. Так что дерзайте!

Методики изучения механизма фрагментации

Существуют, по меньшей мере, две методики исследования стратегии выделения дискового пространства: статическая и динамическая. При использовании статической методики мы просто запускаем дисковый редактор (предпочтение следует отдать DiskExplorer от Runtime Software) и анализируем списки отрезков уже существующих файлов, записанных в различное время и различными способами. Например, можно скопировать файл из одного каталога в другой или попеременно увеличивать размер нескольких файлов — стратегии выделения свободного пространства в обоих случаях будут различны (рис. 7.3). Статический подход полезен тем, что дает бесценный статистический результат для всего тома в целом. Однако этот метод позволяет определить лишь окончательный результат, но не путь, которым этот результат был достигнут.

Рис. 7.3. Статический анализ стратегии выделения дискового пространства, выполняемый при помощи DiskExplorer от Runtime Software

Утилита Diskmon.exe, разработанная Марком Руссиновичем (Mark Russinovich) и доступная для свободного скачивания на его сайте (http://www.sysinternals.com), позволяет заглянуть в "святая святых" файловой системы и увидеть, как именно она выделяет дисковое пространство для хранения файлов (рис. 7.4). Особенно интересно запускать Diskmon.exe параллельно с дефрагментатором или утилитой chkdsk, так как в этом случае все тайное сразу становится явным.

Рис. 7.4. Динамический анализ стратегии выделения дискового пространства, выполняемый при помощи Дискового Монитора Марка Руссиновича

Совет

Если, несмотря на все усилия, восстановить удаленный файл так и не удается, попробуйте отыскать его резервную копию. Многие приложения создают такие копии, но не все афишируют их присутствие. Не стоит забывать и о файле подкачки, временных файлах, дампе памяти и других источниках, которые могут хранить фрагменты восстанавливаемого файла. Если вам повезет, можно даже найти там весь файл целиком. Даже если эти источники информации тоже уже были удалены, возможно, принадлежащие им файловые записи еще не затерты, и тогда восстановление не займет много времени.