CN112214356A

CN112214356A - 文件数据恢复方法、装置、计算机设备及存储介质

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Publication number: CN112214356A
Application number: CN202011131873.8A
Authority: CN
Inventors: 肖蔓君; 徐超; 孙成昆; 滕鹏
Original assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Union Memory Information System Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-01-12

Abstract

本发明公开了一种文件数据恢复方法、装置、计算机设备及存储介质，方法包括定义数据恢复接口；根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。本发明解决了用户误删固态硬盘中的数据文件后无法恢复的问题。

Description

文件数据恢复方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及固态硬盘领域，更具体地说是一种文件数据恢复方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

目前市面上有很多硬盘数据恢复软件，但都是针对传统硬盘开发的恢复工具，不支持固态硬盘的数据恢复。固态硬盘，一旦数据被trim(是一条spec定义的命令，命令的作用是删除文件数据)，则现有软件无法找回已删除的文件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供文件数据恢复方法、装置、计算机设备及存储介质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，文件数据恢复方法，适用于固态硬盘，所述方法包括：

定义数据恢复接口；

根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

其进一步技术方案为：所述定义数据恢复接口的步骤中，所述数据恢复接口的输入端的属性参数包括设计LBA范围或全范围检索标识功能以及设计发现被trim过的文件数据的行为功能，其中，被trim过的文件数据的行为为向主机反馈被trim数据的具体信息或者立即执行被trim数据恢复。

其进一步技术方案为：所述定义数据恢复接口的步骤中，所述数据恢复接口的输出端的属性参数包括设计是否发现被trim数据的判断规则功能、设置通知主机有被trim数据时返回具体信息功能以及设置立即执行被trim数据的恢复时返回恢复结果功能，其中被trim数据时返回具体信息包括发现的trim数据个数以及对应的具体LBA区间，立即执行被trim数据的恢复时返回恢复结果包括通知主机是否成功执行恢复的信息、发现的trim数据个数的信息、被恢复的数据个数的信息以及未能恢复的数据个数及具体LBA区间的信息。

其进一步技术方案为：所述根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复的步骤，具体包括：

对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

根据检索结果执行文件数据立即恢复操作或者将检索结果信息反馈给主机。

第二方面，文件数据恢复装置，包括定义单元以及数据恢复单元；

所述定义单元，用于定义数据恢复接口；

所述数据恢复单元，用于根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

其进一步技术方案为：所述数据恢复单元包括检索模块以及执行模块；

所述检索模块，用于对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

所述执行模块，用于根据检索结果执行文件数据立即恢复操作或者将检索结果信息反馈给主机。

第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的文件数据恢复方法步骤。

第四方面，一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述的文件数据恢复方法步骤。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过在固态硬盘中定义一个数据恢复接口，根据定义的数据恢复接口便可对文件数据进行恢复，解决了用户误删文件后无法恢复的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明文件数据恢复方法具体实施例的流程图一；

图2为本发明文件数据恢复方法具体实施例的流程图二；

图3为本发明文件数据恢复装置具体实施例的结构示意图一；

图4为本发明文件数据恢复装置具体实施例的结构示意图二；

图5为本发明一种计算机设备具体实施例的示意性框图；

图6为数据文件删除的原理图；

图7为PMT映射关系示意图；

图8为数据在NAND flash中存储状态的示意图；

图9为数据操作和物理地址变化的对比图

图10为找回被trim过的数据方案一；

图11为找回被trim过的数据方案二。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明的技术方案适用于固态硬盘，下面详细介绍现有技术中对于固态硬盘中的数据删除后无法恢复的原因以及本发明的技术方案设计思路。

目前市面上有很多硬盘数据恢复软件，但都是针对传统硬盘(机械硬盘)开发的恢复工具，不支持固态硬盘的数据恢复。固态硬盘，一旦数据被trim，则现有软件无法找回已删除的文件，从原理上来讲，trim之后的数据还在NAND flash中保留，因此是有挽回余地的，这也是本技术方案设计的出发点。

请参考图6，图6为数据文件删除的原理图，用户删除文件到回收站：以windows为例，系统在每个盘符设置一个隐藏文件夹作为回收站，删除文件到回收站，相当于把文件移动到该隐藏文件夹下；此时数据都还保留的。清空回收站或永久删除文件：清空回收站，相当于清空上述所有盘符下的回收站文件夹。对于操作系统来说，也不意味数据被直接擦除，而是在文件系统(如FAT文件分配表或者类似管理系统)中，标记该文件所占用的空间为已删除。对于机械硬盘，只有当新数据写入时，才会占用已删除文件原有的空间，因此只要数据未被覆盖，那么在“已删除”状态下，文件内容仍然保留，所以数据恢复软件可以通过扫描，去除文件的删除标记，从而完成已删除文件的恢复。

但固态硬盘支持trim指令，原理完全不同。操作系统在文件永久删除后，会发出trim指令进行硬盘优化，硬盘内部的数据映射管理单元，将直接修改数据逻辑单元与物理地址的映射表，将该数据置为无效。实际上，SSD接受trim指令后也并不立刻进行NANDflash erase，也就是说，数据仍然存储在NAND flash中。通过修改数据逻辑单元与物理地址的映射表，这部分数据被置为无效；而此数据所占空间，会通过SSD的垃圾回收机制(Garbage Collection,GC)腾空后，再被用作新数据写入。也就是说，在执行trim指令但SSD内部GC未启动之前，这部分数据一直保留，是可以恢复的。

以下从原理上阐述为什么被trim后的数据可以进行数据恢复。

SSD逻辑管理单元对数据的管理，是通过逻辑单元(LBA)与物理地址映射实现的，称作page mapping table(PMT)。逻辑单元由上层OS定义，物理地址表征了在NAND flash中的写入位置，如图7。所有数据的访问，实际就是建立PMT映射来控制数据写入，查找PMT映射来进行读取。

Trim操作，实际上就是打破了上述映射关系，从而使得数据无效，如图7。为了固态硬盘性能考虑，在trim之后往往不会立刻擦除该数据写入位置，这是因为一方面NANDflash写入原理限制了数据的直接擦除，必须先经过其垃圾回收机制进行数据整理后才可擦除；另一方面由于擦除NAND flash会占用资源，影响对主机的响应。因此trim标记无效之后，其数据擦除往往是后台运行的。

即只要该LBA被trim之后尚未被新数据覆盖，且未进行GC，那么数据在NAND中始终保留。

数据在NAND写入时，除了在NAND flash上写入了数据，事实上也同时绑定了其逻辑单元标识LBA，如图8示意NAND flash block的数据写入情况。因此通过扫描NAND flash，搜索LBA，并结合SSD逻辑管理层的时间戳或者数据块链表等机制，与PMT进行比较，就可以完成被trim后数据的恢复。

下面通过具体的实施例来介绍数据恢复的过程，请参考图1，文件数据恢复方法，该方法包括以下步骤：

S10、定义数据恢复接口；

S20、根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

进一步的，请参考图2，步骤S20具体包括以下步骤：

S201、对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

S202、根据检索结果执行文件数据立即恢复操作或者将检索结果信息反馈给主机。

具体的，定位的数据恢复接口支撑至少支持以下功能：1、对硬盘进行全LBA范围的trim数据检索；2、对指定范围LBA的trim数据进行数据检索；3、检索属性可以设定为立即恢复，也可以设定为向主机反馈检索结果；4、对检索到的trim数据，执行数据恢复操作；5、允许对检索到的trim数据不直接恢复，直接给上层返回数据。

接口定义的属性参数包括但不限于：

对于输入端：

1、定义LBA范围或全范围检索标识

全范围检索标志位：1–全范围检索；0–按照指定LBA范围检索；

指定LBA范围的个数；

指定LBA范围的区间(可以多个)。

2、设置一旦发现被trim过数据的行为：

2.1、仅反馈主机或者立即执行被trim数据恢复，0-指示通知主机有被trim数据，并返回具体信息，1–指示立即执行被trim数据的恢复。

对于输出端：

是否发现被trim数据；

若设置为通知主机有被trim数据，则返回具体信息；

2.1、通知主机已发现的trim数据个数；

2.2、对应的具体LBA区间；

3、若设置为立即执行被trim数据的恢复，则反馈恢复结果；

3.1、通知主机是否成功执行恢复；

3.2、通知主机恢复信息，包括：发现的trim数据个数、被恢复的数据个数以及未能恢复的数据个数及具体LBA区间。

常见的由trim指令支持的操作，例如单个文件删除，或者操作系统对硬盘的格式化。通常操作系统对删除、格式化命令的响应时间都有限制，秒级或者更短时间内就必须完成。所以SSD内部trim指令的完成，一般只执行了数据无效的操作，不会真正擦除数据。

如果用户误删了文件，或者错误的对硬盘做了格式化，现有的SSD接口并没有给操作系统提供撤销的余地；本文的提出就是为这种失误提供处理方法。

根据不同厂家的固件设计方案，硬盘容量大小，位宽限制等，SSD数据的逻辑管理方式有所区别。通常一个逻辑地址对应一个物理地址，例如32bit逻辑地址，对应一个32bit的物理地址，其物理地址标识了数据在NAND flash中写入的物理块号，页号等等。在数据尚未写入或者被trim为无效时，其物理地址设为默认值，通常为全F数值表示；只有当数据写入时，更新为真实的物理地址；根据NAND flash的工作原理，该数据再次写入时，物理地址被更新，即最新数据被指向到新的物理地址上。

如图9所示，data0共写入了3次，第一次写入该块的page 0,则其物理地址设置为指向该位置；第二次写入page 3，物理地址更新；第三次写入page 6，则数据最新状态为page 6,page 0和page 3都是无效数据，在之后的GC启动后会被回收。如果操作系统再发送trim lba0指令，则data0的物理地址被清为默认值，那么page 6也被置为无效。且在目前技术下，该映射关系一旦被最终记录，是无法撤销的。

按照本文提出的误操作数据恢复接口，在trim之后只要GC尚未对该物理位置进行擦除，主机可以通知SSD找回lba0的数据。

SSD接收到指令后，可以根据命令要求的LBA范围进行NAND flash扫描，搜索对应LBA范围的数据。为了记录数据新旧关系，在NAND存储时，往往还会保存时间戳信息，可以按照页为单位记录，也可以按照块为单位记录。不论哪种记录方式，对于指定LBA范围的trim数据恢复，可以仅检索映射表为全F(或其他默认值)的LBA，在NAND flash中找到时间戳最新的数据，恢复该物理位置的映射表，就能完成数据找回。

图10给出按页记录时间戳的数据找回过程，通过扫描最终可以得到data0最终数据为page6的内容。假设PMT位宽12bit，如图10，bit7:4表示block信息，bit3:0表示page信息。由于需要对disk NAND flash进行完整扫描，所以找回过程耗时较长。在实际运用时，需考虑到与上层正常命令的协调，确保在优先正常响应的前提下，后台完成以上找回过程。

图11给出了另外一种数据找回过程，具体的，在映射表位宽允许的情况下，可以设置1bit标志位，单独标识LBA有效性。即trim指令不改变映射表的具体内容，而通过该bit位标识数据无效。这样通过对记录的物理位置进行确认，就能得到恢复的数据，能有效减少NAND flash扫描的消耗。这是进行加速操作的一种方式。如图6，假设PMT位宽12bit，如图11，bit11:8表示数据有效性，0x0表示无效，0x1表示有效；bit7:4表示block信息，bit3:0表示page信息。如图11所示，虽然trim之后，lba0的pmt值已置为无效，但是由于0x06信息仍然保留，所以可以迅速定位到block0,page0的物理位置进行状态check。若数据还未擦除，则恢复其标志位为1即可；若数据已擦除，则不再恢复。

当然固态硬盘还可以通过其他不同的优化方案，来加速找回过程，在此不作赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上述的文件数据恢复方法，本发明还提供了文件数据恢复装置。请参考图3，文件数据恢复装置包括定义单元1以及数据恢复单元2；

定义单元1，用于定义数据恢复接口；

数据恢复单元2，用于根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

进一步的，请参考图4，数据恢复,2元包括检索模块21以及执行模块22；

检索模块21，用于对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

执行模块22，用于根据检索结果执行文件数据立即恢复操作或者将检索结果信息反馈给主机。

如图5所示，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述的文件数据恢复方法步骤。

该计算机设备700可以是终端或服务器。该计算机设备700包括通过系统总线710连接的处理器720、存储器和网络接口750，其中，存储器可以包括非易失性存储介质730和内存储器740。

该非易失性存储介质730可存储操作系统731和计算机程序732。该计算机程序732被执行时，可使得处理器720执行任意一种文件数据恢复方法。

该处理器720用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备700的运行。

该内存储器740为非易失性存储介质730中的计算机程序732的运行提供环境，该计算机程序732被处理器720执行时，可使得处理器720执行任意一种文件数据恢复方法。

该网络接口750用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备700的限定，具体的计算机设备700可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。其中，所述处理器720用于运行存储在存储器中的程序代码，以实现以下步骤：

文件数据恢复方法，适用于固态硬盘，所述方法包括：

定义数据恢复接口；

根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

应当理解，在本申请实施例中，处理器720可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器720还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本领域技术人员可以理解，图5中示出的计算机设备700结构并不构成对计算机设备700的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明中各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.文件数据恢复方法，其特征在于，适用于固态硬盘，所述方法包括：

定义数据恢复接口；

根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复。

2.根据权利要求1所述的文件数据恢复方法，其特征在于，所述定义数据恢复接口的步骤中，所述数据恢复接口的输入端的属性参数包括设计LBA范围或全范围检索标识功能以及设计发现被trim过的文件数据的行为功能，其中，被trim过的文件数据的行为为向主机反馈被trim数据的具体信息或者立即执行被trim数据的恢复。

3.根据权利要求2所述的文件数据恢复方法，其特征在于，所述定义数据恢复接口的步骤中，所述数据恢复接口的输出端的属性参数包括设计是否发现被trim数据的判断规则功能、设置通知主机有被trim数据时返回具体信息功能以及设置立即执行被trim数据的恢复时返回恢复结果功能，其中被trim数据时返回具体信息包括发现的trim数据个数以及对应的具体LBA区间，立即执行被trim数据的恢复时返回恢复结果包括通知主机是否成功执行恢复的信息、发现的trim数据个数的信息、被恢复的数据个数的信息以及未能恢复的数据个数及具体LBA区间的信息。

4.根据权利要求3所述的文件数据恢复方法，其特征在于，所述根据定义的数据恢复接口进行文件数据恢复的步骤，具体包括：

对固态硬盘进行全LBA范围或指定LBA范围的trim数据检索；

5.文件数据恢复装置，其特征在于，包括定义单元以及数据恢复单元；

所述定义单元，用于定义数据恢复接口；

6.根据权利要求5所述的文件数据恢复装置，其特征在于，所述数据恢复单元包括检索模块以及执行模块；

7.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～4中任意一项所述的文件数据恢复方法步骤。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1～4任意一项所述的文件数据恢复方法步骤。