Free BSD系统服务器NAS RAID-5数据恢复实例

一台NAS（网络附加存储）设备由6块160GB的SATA硬盘组成RAID-5，内嵌Free BSD系统，在使用中突然崩溃，所有数据无法访问。下面我们详细讲解这台NAS设备的数据恢复过程。

将6块SATA硬盘从NAS设备中依次抽离出来，按照顺序编上号码，然后做出完整的文件镜像，镜像文件的名称就按照硬盘的编号命名为0.img到5.img。在分析时我们就称文件0.img为“硬盘0”、1.img为“硬盘1”，等等，但这个顺序不一定与RAID-5的盘序相符。

下面开始分析。

分析RAID开始扇区

用WinHex同时打开6块物理盘的镜像文件。首先查看每块物理盘的第一个扇区，“硬盘0”的第一个扇区的内容如图19-43所示。

“硬盘1”的第一个扇区的内容如图19-44所示。

“硬盘2”的第一个扇区的内容如图19-45所示。

“硬盘3”的第一个扇区的内容如图19-46所示。

“硬盘4”的第一个扇区的内容如图19-47所示。

“硬盘5”的第一个扇区的内容如图19-48所示。

从6块成员盘的第一个扇区可以看出，它们都是MBR扇区，因为Free BSD系统运行在x86架构上，所以磁盘上有MBR结构。

需要注意，x86架构的Free BSD系统的字节序为Little-endian。

详细分析6块成员盘的MBR扇区，发现其中的内容除了磁盘签名不同以外，其他数据完全一样，分区表中都有3个类型为“A5”的分区表项。“A5”就代表Free BSD分区，不过Free BSD系统把这种由MBR管理的分区称为切片。我们用WinHex的模板查看一下这3个切片的参数，如图19-49所示。

从图19-49中可以计算出，3个切片的容量总和基本等于单块物理盘的扇区总数，也就是说这三个分区表项把物理盘划分为3个独立的切片。

进一步对比分析发现，每块物理盘的前两个切片内的数据都是一样的，它们是物理盘上的独立切片，一个作为NAS设备内嵌的Free BSD系统分区，另一个是Swap分区，这两个切片并没有参与组建RAID-5。

第三个切片从610 470号扇区开始，每块物理盘上从610 470号扇区往后连续的256个扇区的数据也是一样的，直到610 726号扇区开始，各物理盘的数据才不同。我们进一步对它们进行异或测试，发现610 726号扇区往后都能够通过测试。这就说明该RAID-5的起始扇区在物理盘的610 726扇区。

分析RAID结构

分析条带大小

在第1步中我们分析出RAID开始位置在物理盘的610 726号扇区。下面就从这个扇区开始分析条带大小。

首先查看“硬盘0”的610 726号扇区，发现都是0字节，再往下翻一个扇区，即610 727号扇区，是一个Free BSD系统的磁盘标签结构，如图19-50所示。

在这个磁盘标签的分区表中，使用了3个分区表项，但都是描述的同一个分区。该分区的起始位置是0号扇区，不过这个0号扇区是相对的，其绝对扇区号是“硬盘0”的610 726号扇区。分区的大小为1 559 828 480扇区，这个数值接近物理盘MBR中第三个切片容量的5倍，说明这就是RAID-5逻辑盘的容量，也就是说NAS系统把6块物理盘的第三个切片组建为一个RAID-5逻辑盘。

接下来我们去找Free BSD系统的超级块。Free BSD系统的超级块应该位于分区的16号扇区，我们将其换算为硬盘0的绝对扇区号，即610 742号扇区。跳转到“硬盘0”的610 742号扇区，其内容如图19-51所示。

“硬盘0”的610 742号扇区看起来很像超级块的第一个扇区。Free BSD系统的超级块占用4个扇区，其第三个扇区中有签名标志。为了加强判断，我们跳转到“硬盘0”的610 744号扇区查看是否有超级块的签名标志。

“硬盘0”的610 744号扇区的内容如图19-52所示。

“硬盘0”的610 744号扇区中有超级块的签名标志“54 19 01 00”，那么就可以肯定“硬盘0”的610 742号扇区就是超级块的开始。

现在我们用WinHex模板查看该超级块的具体参数，如图19-53所示。

从图19-53可以看出，超级块中的“最后写入时间”显示为“2009-11-24”，这正是用户的服务器出故障当天的日期。从这一点可以判断该超级块是原始超级块。

确定了“硬盘0”的610 742号扇区为文件系统的原始超级块，这就可以说明该RAID-5的条带大小一定大于16个扇区，因为“硬盘0”的610 742号扇区就相当于RAID起始位置的16号扇区。

另外从超级块的参数中还可以获知“备份超级块的相对偏移”为16，说明备份超级块相对于柱面组参考位置的偏移量是16段，而“每段字节数”为1024，所以0号柱面组的超级块备份起始于32号扇区，换算为物理盘的绝对扇区号是610 758。我们跳转到“硬盘0”的610 758号扇区，其内容如图19-54所示。

“硬盘0”的610 758号扇区的确是超级块，其参数如图19-55所示。

分析发现这个超级块的“最后写入时间”是“2007-05-23”，是很久以前的时间了，说明这是系统的初始时间，并没有随着系统的运行而改变。这也证明了该超级块就是原始超级块的备份，同时我们还能够推断出该RAID条带大小大于32扇区。

继续往下分析，超级块的参数中还描述了“i-节点表的相对偏移”为32，说明i-节点表相对于柱面组参考位置的偏移量是32段，而“每段字节数”为1024，所以0号柱面组的i-节点表起始于64号扇区，换算为物理盘的绝对扇区号是610 790。我们跳转到“硬盘0”的610 790号扇区，内容如图19-56所示。

分析“硬盘1”的610 790号扇区可以看出，这正是i-节点表的开始，第一个i-节点和第二个i-节点是空的，第三个i-节点是根目录的i-节点，从而又证明了该RAID-5条带大小大于64扇区。

i-节点表之后的结构就是柱面组概要了。从超级块中可以查看到柱面组概要的起始段号为1024，也即2048扇区，说明从i-节点表开始的64号扇区到2048号扇区之间都是i-节点表所占用的空间了。

2048号扇区换算为物理盘的绝对扇区号为612 774。跳转到“硬盘0”的612 774号扇区，其内容如图19-57所示。

“硬盘0”的612 774号扇区都是0字节，并不是柱面组概要的开始。从这一点可以证明该RAID-5的条带大小是小于2048扇区的。

经过上面的分析，我们可以把该RAID-5的条带大小限定在128扇区到1024扇区之间，可能的值有128、256、512、1024这4个。

因为“硬盘0”的相对64号扇区之后都是i-节点信息了，i-节点表占用的空间很大，所以从硬盘0上分析条带大小已经不太容易了。我们再来查看其他成员盘的RAID起始扇区，即610 726号扇区。

“硬盘1”的610 726号扇区的内容如图19-58所示。

“硬盘2”的610 726号扇区的内容如图19-59所示。

“硬盘3”的610 726号扇区的内容如图19-60所示。

“硬盘4”的610 726号扇区的内容如图19-61所示。

“硬盘5”的610 726号扇区的内容如图19-62所示。

对比这5块成员盘的610 726号扇区可以看出，“硬盘1”、“硬盘2”及“硬盘5”的610 726号扇区都属于i-节点表的内容，其中都是空i-节点；“硬盘4”的610 726号扇区是柱面组概要的内容；“硬盘3”的610 726号扇区则很明显是校验信息，是由柱面组概要及空i-节点异或出来的结果。

在之前分析过，RAID-5逻辑盘的柱面组概要开始于1024段，即2048扇区，说明在柱面组概要前有2048个扇区，而现在“硬盘4”的610 726号扇区出现了柱面组概要，说明其之前的4块成员盘的前4个条带刚好存放了柱面组概要之前的2048个扇区，从这一点可以推断该RAID-5的条带大小是512扇区。

当然，我们还可以从“硬盘3”上判断条带大小。因为“硬盘3”的610 726号扇区是校验信息，说明这是一个校验块，我们只要从这个扇区往后分析，直到查找到校验块的结束，就可以确定条带大小了。

从“硬盘3”的610 726号扇区往后分别跳转128、256、512个扇区，发现跳转到512扇区处突然变成空扇区，而之前的扇区依然都是校验信息。“硬盘3”的相对512扇区处换算为绝对扇区号是611 238，该扇区的内容如图19-63所示。

“硬盘3”的611 238号扇区的前一个扇区是611 237号扇区，其内容如图19-64所示。

可以很明显地看出，“硬盘3”的611 237号扇区依然是校验信息，从而进一步确认了该RAID-5的条带大小就是512扇区。

分析盘序和校验方向

通过上面的分析已经知道“硬盘0”的610 727号扇区为磁盘标签，也就是RAID-5逻辑磁盘数据的开始处的第二个扇区，所以这块盘在RAID中的顺序要么是“0号盘”，要么是“1号盘”。如果该RAID-5为左结构，“硬盘0”就是“0号盘”；如果该RAID-5为右结构，“硬盘0”就是“1号盘”。

“硬盘1”、“硬盘2”和“硬盘5”的610 726号扇区都是i-节点，说明它们在盘序上是排在“硬盘0”之后的，但这3块盘之间的顺序还不能确定。

“硬盘4”的610 726号扇区是柱面组概要，这说明“硬盘4”在盘序上是排在“硬盘1”、“硬盘2”和“硬盘5”这3块成员盘之后的。

“硬盘3”的610 726号扇区是校验信息，所以这块盘在RAID中的顺序要么是“5号盘”，要么是“0号盘”。如果该RAID-5为左结构，“硬盘3”就是“5号盘”；如果该RAID-5为右结构，“硬盘3”就是“0号盘”。

通过以上分析可知，如果该RAID-5是左结构，那么盘序为：“硬盘0”为“0号盘”，“硬盘4”为“4号盘”，“硬盘3”为“5号盘”，其他3块盘的盘序待定，其结构如图19-65所示。

如果该RAID-5是右结构，那么盘序为：“硬盘3”为“0号盘”，“硬盘0”为“1号盘”，“硬盘4”为“5号盘”，其他3块盘的盘序待定，其结构如图19-66所示。

图19-65和图19-66中的两种结构必定只有一种是正确的，那么如何判断哪一种是正确的呢？

从两幅图中可以看出，如果图19-65的结构是正确的，那么“硬盘0”的第二个条带一定是数据；如果图19-66的结构是正确的，那么“硬盘0”的第二个条带一定是校验，所以我们可以把焦点放在“硬盘0”的第二个条带上，看这个条带到底是数据还是校验。

因为该RAID-5条带大小为512个扇区，所以第二个条带就开始于物理盘的611 238号扇区，跳转到“硬盘0”的611 238号扇区，其内容如图19-67所示。

“硬盘0”的611 238号扇区显然是柱面组概要的内容，所以是数据而不是校验。

为了进一步确认，我们查看其他成员盘的611 238号扇区，看看哪块成员盘是校验信息。“硬盘1”的611 238号扇区的内容如图19-68所示。

“硬盘1”的611 238号扇区全为0字节，显然不是校验。

“硬盘2”的611 238号扇区的内容如图19-69所示。

“硬盘2”的611 238号扇区是正常数据，不是校验。

“硬盘3”的611 238号扇区的内容如图19-70所示。

“硬盘3”的611 238号扇区全为0字节，显然也不是校验。

“硬盘4”的611 238号扇区的内容如图19-71所示。

“硬盘4”的611 238号扇区非常像校验，我们继续查看“硬盘5”。

“硬盘5”的611 238号扇区的内容如图19-72所示。

“硬盘5”的611 238号扇区也全部为0字节，所以不是校验。

通过上面的分析，可以肯定“硬盘4”的611 238号扇区是校验，“硬盘0”的611 238号扇区则不是校验，所以该RAID-5为左结构，即图19-65所示的结构是正确的。

现在还有3块成员盘的盘序不能确定，我们继续分析。

对比图19-65进行分析，可以看出现在还无法确定盘序的是“硬盘1”、“硬盘2”和“硬盘5”，它们分别应该是“1号盘”、“2号盘”和“3号盘”。

判断这3块盘的顺序有很多方法，这里提供一种思路。从图19-65中可以很直观地看出，“1号盘”的第5个条带是校验块、“2号盘”的第4个条带是校验块、“3号盘”的第3个条带是校验块，所以我们只要分别去查看“硬盘1”、“硬盘2”和“硬盘5”的第3个条带、第4个条带和第5个条带，就很容易判断出它们的盘序。

通过实际分析，发现“硬盘1”的第5个条带是校验块，所以“硬盘1”是“1号盘”；“硬盘2”的第4个条带是校验块，所以“硬盘2”是“2号盘”；“硬盘5”的第3个条带是校验块，所以“硬盘5”是“3号盘”。

该RAID-5最终的盘序为：“硬盘0”为“0号盘”、“硬盘1”为“1号盘”、“硬盘2”为“2号盘”、“硬盘5”为“3号盘”、“硬盘4”为“4号盘”、“硬盘3”为“5号盘”。

分析数据循环方向

该RAID-5的条带大小、盘序、校验方向都确定了，最后就剩下数据的循环方向了，即同步还是异步的问题。

如果该RAID-5为异步结构，即左异步，其数据分布情况如图19-73所示。

如果该RAID-5为同步结构，即左同步，其数据分布情况如图19-74所示。

现在我们只要分析数据块“4”最后一个扇区后面衔接的数据在“0号盘”上还是在“5号盘”上。如果在“0号盘”上，就是左异步；如果在“5号盘”上，就是左同步。

数据块“4”是“4号盘”的第一个条带，其最后一个扇区也就是“硬盘4”的611 237号扇区，其内容如图19-75所示。

从内容看，“硬盘4”的611 237号扇区是柱面组概要。为了判断该扇区之后的数据写入的位置，我们需要分别查看“0号盘”和“5号盘”第二个条带的开始扇区。

“0号盘”第二个条带的开始扇区也就是“硬盘0”的611 238号扇区，其内容如图19-76所示。

“硬盘0”的611 238号扇区内也是柱面组概要的内容，“硬盘4”的611 237号扇区应该衔接该扇区。但为了加强判断，我们再查看一下“5号盘”第二个条带的开始扇区。

“5号盘”第二个条带的开始扇区也就是“硬盘3”的611 238号扇区，其内容如图19-77所示。

“硬盘3”的611 238号扇区内全是0字节，所以无法与“硬盘4”的611 237号扇区衔接。那么我们可以断定“硬盘0”的611 238号扇区是衔接在“硬盘4”的611 237号扇区之后的，所以该RAID-5为左异步结构。

数据重组

通过第2步的分析已经得到了RAID-5的具体结构，最后就可以通过数据重组获得数据了。能够支持Free BSD系统的RAID重组工具包括X-Ways Forensics、R-studio和UFS Explorer等，用这三个工具进行重组，都可以直接看到RAID-5中的数据。我们以R-studio为例简单讲解重组的方法。

运行R-studio后，把6个镜像文件打开，然后创建虚拟RAID-5，并把6块成员盘按照顺序加入，具体参数设置如图19-78和图19-79所示。

参数设置正确以后，就可以在虚拟RAID下看到该RAID-5逻辑盘的分区了，如图19-80所示。

双击这个大小为743.78GB的分区“BSDPart0”，就可以看到其中的数据了。