HOWTO: Recover damaged FreeBSD UFS2 file systems with damaged master super-block

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注意：本文介绍的方法部分，假定读者对UFS文件系统，以及FreeBSD的日常操作相当熟悉；请勿轻易执行本文介绍的操作，本文中的操作，可能导致fsck_ffs(8)无法修正的严重问题。由于在此本人已明确告知读者这一风险，据此，对于由于执行这些操作导致的任何数据损失，本人明示不承担任何责任。

FreeBSD的UFS文件系统的布局结构，在设计时已经考虑到了磁盘立体结构上发生各种损坏的可能性。UFS考虑到了磁盘可能发生单轨、整柱面或整面磁盘的数据发生损毁的可能性。

一般而言，文件系统都需要保存带有「索引」或「描述」性质的关键数据，通常这种数据也称为「元数据」(metadata)。在UFS和UFS2文件系统中，这些元数据包括了超级块(super-block)、柱面组记帐信息等。在UFS2文件系统中的每个超级块大约需要占用3个扇区，它包含了对整个文件系统的描述性信息，因此对于文件系统而言，超级块是非常重要的。在最初的FFS(Berkeley Fast File System，FreeBSD的UFS和UFS2文件系统，事实上是FFS的演化版本)设计中，为了使文件系统在遭到毁灭性打击，如硬盘发生整轨、整面或全柱面损毁时能够得以恢复，在文件系统初始化时，会将超级块复制到整个磁盘的多个位置，以便在发生硬件损坏时能够读取。

有时，由于软件或临时性的硬件信号干扰，也会导致超级块损坏。在文件系统挂载时，系统只会读取主超级块的内容；此处也会保存一些记帐信息。主超级块在文件系统的生命周期内，会不断地发生修改，以反映文件系统目前的状态。为了确保备份的安全，备份超级块不会跟进这些变动。在必要时，fsck_ffs(8)程序能够根据磁盘上的其它元数据，重新计算应该应用到超级块上的变动。

在FreeBSD中，对于损毁严重的主超级块，系统会给出超级块不正确的提示而拒绝挂载；fsck_ffs(8)在不指定使用备份超级块时，也会出现类似的问题(我认为这是一个bug，在大约1994年的时候引入，如果有时间的话我会修正这个问题)。要在fsck_ffs的过程中指定使用哪个超级块，可以使用fsck_ffs的-b参数来指定。

我个人建议，只要条件允许，在执行任何数据恢复操作之前，第一步是先将整个磁盘分区进行备份。在FreeBSD中，可以使用dd来完成这项任务。然后，所有的操作，都应在副本而不是正本上运行。如果正本属于硬件损坏，特别是介质损毁，还应从副本复制副本来用于实际操作。

如何确定备份超块的位置

对于UFS2而言，第一个备份超块的位置，通常在该文件系统的第160扇区。如果之前没有记录超块的其它备份的位置，可以用下列命令来得到：

newfs -N /dev/da0s1a

注意，如果在执行newfs时指定了任何其它参数，还需要一起指定。注意，-N是必须的，否则newfs将真的创建文件系统，并使恢复超块不再可能。

这之后，可以尝试使用fsck_ffs(8)来修复：

fsck_ffs -b 160 -fy /dev/da0s1a

对于损坏非常严重的文件系统，则不应使用前述操作，而应在确认备份超块没有问题的前提下，直接使用它来覆盖。

下面的命令，能够将位于/dev/da0s1a文件系统的备份超块以类似debug的形式dump出来：

dd if=/dev/da0s1a iseek=160 bs=512 count=3 | hexdump -C

一定要仔细确认这个超块没有受到损毁！请参见 sys/ufs/ffs/fs.h 中定义的struct fs结构。

之后，首先备份现有的、占据超块位置的数据。这一步并非严格必须，但很明显，做事后诸葛亮是没有意义的。对于UFS2文件系统，主超级块的起点是文件系统的第128扇区（随配置不同，这个值可能有所差异）。

dd if=/dev/da0s1a iseek=128 bs=512 count=3 of=bad_superblock

接下来，复制备份超块到一个文件：

dd if=/dev/da0s1a iseek=160 bs=512 count=3 of=backup_superblock

最后，用该超块覆盖主超块：

dd if=backup_superblock oseek=128 bs=512 count=3 of=/dev/da0s1a

由于统计信息均不正确，此时磁盘不应投入正常使用。由于我们首先要做的是修复数据，因此此时应以只读方式挂载：

mount -ordonly /dev/da0s1a /mnt/

并从其中复制数据：

cd /mnt
find . -type f [其它条件] | tar cfT - - | tar xf - -C /recovery/

这之后，使用fsck_ffs(8)对其进行处理，可以进一步得到一些数据：

fsck -fy /dev/da0s1a

几点需要注意的事情：

a) 挂接损坏的文件系统，有可能随时导致内核以极其惨烈的方式崩溃。目前为止，我发现过的此类问题均已进行了修正，但很难说这类问题已经完全不存在。理想状况下，应使用NFS挂接一个远程的文件系统用于写操作；每处理完一个损坏的文件系统，应重启一次。
b) 损坏严重的文件系统会包含一个甚至大量损坏的柱面组信息。这些信息会使文件信息发生损坏。这种情况几乎已经没有可能修正数据了，在复制数据时，应剔除这些数据。
c) 前述操作必须非常小心进行。所有操作均可能导致fsck无法修正的问题。