Что ломается в жестком диске
# факты | Как долго на самом деле «живут» жесткие диски?
Последние 30 лет важной и неотъемлемой частью практически любой компьютерной техники являются жесткие диски. Нет никаких сомнений в том, что в росте и популяризации рынка ПК мы в какой-то степени обязаны развитию именно в сегменте производства жестких дисков, которые из года в год не только наращивают еще по одному терабайту доступного для записи места, а последнее время еще и прочно закрепились в облачных системах хранения данных. Сейчас на рынке все чаще начинают пользоваться спросом SSD-накопители, однако средняя стоимость 1 ГБ места у таких носителей по-прежнему пока остается выше, чем средняя стоимость 1 ГБ у жесткого диска. Учитывая тот факт, что мы до сих пор настолько зависимы от жестких дисков, очень странно, что никто толком до сих пор так и не смог дать четкого ответа на самый важный вопрос с ними связанный: какой у жесткого диска жизненный цикл?
Речь идет не об отдельных случаях, а о точных среднестатистических данных — о том, как долго «живут» жесткие диски в принципе. Один год? Три? Пять лет? Например, в некоторых случаях производители жестких дисков дают гарантию 12 месяцев на свой товар. Означает ли это, что после этого срока жесткий диск перестанет работать?
Удивительно, но несмотря на то, что жесткие диски используются практически во всех современных компьютерных системах (за исключением смартфонов), никто не проводил исследования на тему их жизненного цикла, или по крайней мере никто даже не опубликовывал данные о подобных исследованиях. До этого момента. Западная компания Backblaze, занимающаяся сетевым резервным копированием данных и использующая для этих целей 25 тысяч жестких дисков, работающих беспрерывно днями и ночами, опубликовала информацию о том, сколько же на самом деле «живут» жесткие диски и как они заканчивают свое бренное существование в этом мире.
Жизненный цикл
За последние четыре года Backblaze увеличила парк используемых жестких дисков до 25 тысяч и все они постоянно находятся онлайн. Каждый раз, когда из строя выходит один из них, компания записывает время работы и причину поломки, а потом меняет сломавшийся жесткий диск на новый. За четыре года такого мониторинга у компании накопились очень интересные данные и графики о том, по какой причине чаще всего ломаются жесткие диски в течение первых лет своей работы.
Статистика поломок жестких дисков в течении первых четырех лет
Согласно статистики компании, жесткие диски имеют три временные фазы поломок. В рамках первой фазы, длящейся 1,5 года, ежегодный процент поломок жестких дисков составляет 5,1 процента. В течение следующих полутора лет объем поломок снижается до 1,4 процента. После трех лет использования жесткого диска, каждый из них в 11,8 процентах случаев в год начинает выходить из строя. Другими словами это означает, что в течение первых 18 месяцев около 92 процентов всех жестких дисков сохраняют свою работоспособность и почти все из них (90 процентов) будут работать как минимум три года с момента покупки.
Проанализировав информацию дальше, Backblaze пришла к выводу, что всего чуть ниже 80 процентов ото всех жестких дисков способны работать четыре года. К сожалению, у компании нет данных о показателях дальнейших временных рамках работы этих жестких дисков, однако заслуженный инженер Backblaze Браян Бич считает, что процент поломок жестких дисков после четырехлетнего срока их работы будет составлять около 12 процентов в год. Это означает, что около 50 процентов всех жестких дисков смогут отпраздновать свой «шестой день рождения».
Почему жесткие диски ломаются?
Помимо трех временных фаз поломок жестких дисков, есть три основные причины этих поломок. Основной причиной поломок в течение первого года работы жестких дисков является, как вы уже могли догадаться, производственный брак. Некоторые из читателей наверняка сталкивались с ситуацией, когда один жесткий диск работает безотказно на протяжении нескольких лет, а другой — ломается в течение чуть ли не первого месяца после покупки. Компания указывает, что в период первых 18 и 36 месяцев поломка жестких дисков чаще всего связана со случайными отказами. И только после четырех лет работы объем поломок резко возрастает в виду износа механических частей.
Здесь же стоит отметить, что Backblaze в своей работе и проведенном исследовании использует обычные потребительские жесткие диски, то есть те, которые предлагают гарантию от 12 до 36 месяцев и установлены практически во всех домашних компьютерах. И если учесть, что около 97,5 процента жестких дисков работают без проблем в течение первого года после покупки, а около 90 процентов доживают до трех лет, то производители, можно сказать, честно выполняют свои гарантийные обязательства.
Квартальный объем поломок жестких дисков в течение первых четырех лет работы
Что касается жестких дисков для предприятий, на которые производители предлагают пятилетнюю гарантию, то вполне возможно они производятся с учетом более высоких стандартов и проходят более строгое тестирование на проверку качества. Здесь компания Backblaze конкретных данных не приводит, а лишь предполагает, что общий ежегодный процент «смертности» у подобных носителей будет несколько ниже. Однако они так же, как и обычные потребительские жесткие диски, начинают быстро «умирать» вскоре после того, как начинается сильный износ их двигающихся частей (читающих, пишущих головок, моторчиков и так далее), то есть после четырех лет использования.
Делайте резервные копии
В общем и целом, если вы купите сейчас новый жесткий диск, то у вас будет 90 процентов на то, что этот жесткий диск сможет прожить минимум три года после покупки. Если ваш жесткий диск уже преодолел рубеж в три года работы, то будет крайне целесообразно позаботиться о резервном копировании информации, которая на нем находится, потому как имеется 12-процентный шанс на то, что в этот и последующие годы он «умрет». Следует учесть, что приводимые данные актуальны только для внутренних жестких дисков. При исследовании внешних накопителей должно учитывать огромное число сторонних факторов, кроме того, такие типы жестких дисков в основном используют не в качестве постоянных, а лишь в качестве средства для хранения информации (их часто отключают, и поэтому общее время работы в конечном итоге может быть выше). Кроме того, Backblaze вела мониторинг за постоянно работающими жесткими дисками. То есть они работали в течение четырех лет по 24 часа и 7 дней в неделю. Вряд ли обычные персональные компьютеры работаю все 24 часа 7 дней в неделю. Это следует тоже учесть, так как в данном случае общее время работы жесткого диска тоже будет больше.
Backblaze указывает, что из-за наличия 5,1-процентного шанса на поломку жесткого диска в течение первого года работы, владельцам следует чаще делать резервное копирование данных, особенно если эти данные очень важны для вас. После 36 месяцев с момента покупки вам обязательно следует сделать их резервную копию, а лучше уже подумать о покупке нового жесткого диска. Компания в свою очередь собирается продолжить наблюдение и хочет узнать сохранится ли процентный объем поломок после четырех лет работы жестких дисков.
Наиболее частые случаи выхода из строя жестких дисков и способ возврата утраченных данных
Мы остановимся на представлении наиболее частых источников развития различных видов неполадок при работе накопителей HDD и озвучим вариант решения, направленный на возврат потерянных данных с поврежденных разделов жестких дисков.
Причин, способных привести к поломке жесткого диска и как следствие отсутствию возможности производить операции чтения/записи данных непосредственно как для всего устройства, так и для отдельных его разделов, довольно много. Они делятся на внутренние и внешние, аппаратные и программные, логические, системные и другие. Наиболее частым поводом для невозможности получить востребованный доступ к информации на запоминающем устройстве безусловно выступает повреждение файла дисковых сведений, который содержат информацию о структуре носителя, порядке записи и способах расположения информации.
Если при обращении к разделу или диску не удается получить искомые данные, не стоит паниковать. Ведь отсутствие доступа не всегда связано с безвозвратной утратой. Часто файлы все еще расположены на носителе и практически все объекты можно восстановить.
Если система не может отобразить данные какого-нибудь раздела жесткого диска, то она может маркировать данную область как неразмеченную или предлагать пользователю выполнить операцию форматирования носителя. Воздержитесь от предложения. Ограничьте, а лучше полностью исключите возможность дальнейшего использования диска. Это поможет сохранить область хранения данных от повторной записи на нее дополнительных сведений или системных материалов и позволит если не вернуть работоспособность, то избежать безвозвратной потери пользовательских файлов.
Таблица разделов на диске ответственна за хранение всех основных сведений о логических разделах накопителей, общее количество которых почти всегда не ограничивается лишь одним по причине массового использования высокообъемных дисковых устройств. Она воссоздается в процессе инициализации диска и его подготовки к дальнейшему применению. На ее основе операционная система взаимодействует с дисковым пространством в процессе чтения/записи данных. Развитие ошибок в таблице сделает раздел нечитаемым, а данные недоступными.
Стандарты и способы организации дискового построения известных операционных систем различаются между собой (например, Windows и Linux). И соответственно отличаются файловые системы. Поэтому, использование накопителя с несовместимой ОС приведет к проблеме определения носителя и, как выход, предложению выполнить операцию формирования неизвестного накопителя. Согласие с форматированием приведет к утрате данных.
Неверное использование команд в консоли командной строки, ошибки в определении раздела для форматирования, неумелое применение сторонних программ по настройке, организации и управлению доступным дисковым объемом и ряд других возможных операций способны привести к стиранию дискового раздела или программной очистке заполненного пространства логической области по вине пользователей. Пропажа даже небольшой доли системных сведений или сбой в работе части секторов может весь диск обозначить поврежденным. Как следствие, раздел будет потерян и взаимодействовать с данными не удастся.
Операция по форматированию, как известно, размечает области электронных носителей и готовит разделы и диск в целом к хранению различной информации, как системной, которая требуется для успешного выполнения безошибочных операций чтения/записи, так и пользовательской. Не зависимо от вида форматирования (быстрый или полный), на выходе диск будет готов к записи новых данных.
В процессе деления накопителя на отдельные разделы часть важных сведений о существующей конструкции может располагаться непосредственно в первом из них. И его преобразование под новую файловую систему способно привести к проблемам доступа к остальным разделам. Как вариант, после форматирования одного раздела другие станут недоступны, а информация утеряна.
Или может произойти повреждение системной информации во время перераспределения разделов, что также приведет к проблемам с доступом.
Реорганизация, которая включает такие действия, как воссоздание новых томов или их удаление, укрупнение путем объединения или дополнительное разбиение логических областей носителя также способна привести к утрате части разделов или всего дискового пространства в целом.
Поверхности пластин диска HDD содержат специальные дорожки, разделенные секторально, непосредственно предназначенные для записи данных. В случае неспособности системы выполнить операцию чтения/записи в отдельный сектор, он маркируется как неисправный для исключения дальнейшего к нему обращения. Чем больше таких секторов на диске, тем выше риск повреждения всего накопителя, а при достижении критического объема плохих блоков – поломка диска неизбежна. Однако спасти данные с такого устройства все еще возможно при условии применения мощного ПО.
Отдельно подключаемые жесткие диски уязвимы к перепадам электричества или сбоям операционной системы в процессе своего использования, например, при сохранении данных на внешний носитель, реорганизации дискового пространства и т.д. Негативное воздействие, вызванное системными проблемами или сбоем питания, может привести к прекращению доступа к накопителю, повреждению внутренней структуры и утрате сохраненных данных.
Примечание. Чтобы снизить риск при использовании внешних носителей обязательно используйте функцию, обеспечивающую безопасное извлечение устройства из компьютера. Она позволит завершить все операции и исключит развитие царапин на поверхности дисковых пластин, которые могут возникнуть от раннего прерывания исполняемых процессов.
Не всегда Windows присваивает букву тому, особенно подключаемым носителям. А без такой отметки взаимодействовать с содержимым накопителя не удастся, его наполнение будет скрыто. Присвойте букву самостоятельно вручную и все файлы должны быть доступны для использования.
Для восстановления утраченных данных с недоступных или поврежденных разделов можно воспользоваться несколькими способами.
Один из них подразумевает использование резервной, предварительно воссозданной, копии. Если архивное сохранение данных настроено, хоть на отдельный внутренний или внешний накопитель, облачное хранилище или локально по сети на выделенный сервер, то восстановить всю искомую информацию не составит труда.
Следующий способ подразумевает применение специального программного обеспечения, основной силы которого направлены на восстановление данных. Предпочтительно отключить проблемный диск и подключить его к другому компьютеру, на котором программа для восстановления уже установлена. Просканируйте носитель, отыщите требуемые данные и восстановите их. Важно, чтобы программа умела точно идентифицировать накопитель и поддерживала работу с разными видами файловых систем, обладала широким набором функций, например, позволяла создавать образ диска для дальнейшего восстановления, отображала предварительно содержимое файлов любого расширения по выбору, предлагала разные виды сохранения и др.
Еще один способ подразумевает использование специализированных сервисных центров для восстановления данных. Но подобный метод довольно затратный и часто результат не стоит своих вложений.
Полную версию статьи со всеми дополнительными видео уроками смотрите в источнике. Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях.
Естественный износ головок жесткого диска. Обнаружение и оценка
Введение
Выход из строя головок жесткого диска – довольно частая проблема, с которой встречаются специалисты по восстановлению данных. Причин выхода головок из строя несколько, наиболее часто встречаются:
Для чего это нужно? Не проще ли, обнаружив, что головки неисправны, просто заменить их и вычитать данные? Увы, нет. От того, что именно явилось причиной выхода из строя блока магнитных головок, зависит то, как мы будем подходить к процедурам восстановления доступа к данным. Поясню на примере.
Если головки вышли из строя в результате удара, то прежде, чем устанавливать в диск исправный узел, потребуется детальное исследование магнитных пластин: не пострадали ли они в результате удара? Нет ли где царапин, сколов? Не может ли установка нового блока магнитных головок без предварительной подготовки привести к новым повреждениям? Как следствие – значительно возросший список подготовительных процедур, вплоть до нанесения на повреждения поверхностей специальных химикатов.
Другой пример. Если головки вышли из строя при неправильной аварийной парковке – то потребуется другое исследование. Потребуется оценить, каким образом повреждены головки, не погнулся ли их слайдер, не привело ли это к потере фрагментов блока внутри гермозоны, и т.п. Соответственно, и порядок работ при восстановлении информации, опять же, будет другим, вплоть до доработки парковочного элемента внутри гермозоны и значительных модификаций микропрограммы накопителя.
Ну а если головки вышли из строя в результате естественного износа, то в подавляющем большинстве случаев будет достаточно просто заменить головки и приступить к вычитыванию информации (конечно, при условии, что использованы исправные совместимые запчасти). Именно поэтому задача определения степени износа блока магнитных головок и видится мне достаточно важной.
Немного теории
Головка жесткого диска – узел, который во время работы накопителя парит над поверхностью диска, используя аэродинамические свойства своего слайдера. Для обеспечения максимальной эффективности аэродинамики поверхность MR-элемента головки выполняется идеально ровной и имеет определенный рисунок из углублений и выпуклостей.
Скорость вращения шпиндельного двигателя современного жесткого диска может варьировать от 5400 до 15000 оборотов в минуту в зависимости от назначения накопителя. Многие ноутбучные накопители делаются для увеличения энергетической эффективности низкооборотистыми; диски для серверов и высокопроизводительных платформ делаются высокооборотистыми. При такой скорости вращения внутри диска образуется мощный воздушный поток, который и используется для аэродинамики головок.
Однако у этого воздушного потока есть и другой эффект – постепенное выбивание из керамических и пластиковых частей блока магнитных головок, находящихся в непосредственном с ним соприкосновении, мелких частиц. Банальное выветривание, если говорить терминами школьного природоведения. Для того, чтобы эти частицы не повреждали поверхность (хотя, конечно, полностью этого избежать нельзя) в диске устанавливается фильтр-уловитель мелкодисперсной пыли, который находится в таком месте, где он может охватить максимальный объем проходящего воздушного потока. Борьба же с микроповреждениями поверхности, которые все-таки произошли, происходит посредством дефект-менеджмента микропрограммы жесткого диска: дефектные сектора заносятся в растущий лист дефектов и переназначаются на исправные сектора из резерва диска.
Естественный износ: как проявляется
Как правило, естественный износ блока магнитных головок начинает проявляться задолго до того, как жесткий диск окончательно выйдет из строя. Не замечают его только те, кто не следит за состоянием своего компьютерного железа в принципе. В жестком диске имеется подсистема SMART, которая накапливает статистику ошибок (переназначенные сектора, неудачные попытки старта, количество попыток переназначить сектор и т.п.), исходя из которой делается примерный прогноз выхода диска из строя. При запуске компьютера подсистема SMART опрашивается, и если все хорошо, то компьютер загружается; если же какой-то из атрибутов SMART «просел» настолько, что вышел за границы нормальности, вы увидите сообщение на втором экране POST BIOS такого типа: Hard Disk Drive XX SMART Status BAD, или похожее по смыслу. Запуск компьютера будет возможен только по нажатию одной из функциональных клавиш (обычно это F1).
К сожалению, довольно многие пользователи, имеющие проблемы с первоначальной сборкой компьютера (например, неправильный монтаж CPU FAN), которая приводит к постоянному появлению таких сообщений (что-то типа «CPU FAN speed error») и необходимости нажатия функциональной клавиши для продолжения запуска компьютера, отключают эту функцию в BIOS. В этом случае при запуске машины игнорируются все уведомления, и увидеть, было ли уведомление о плохом SMART-статусе диска при старте, становится невозможно.
Правда, операционная система Windows также распознает диски с плохим SMART-статусом, но для фактически уже умирающего диска это может оказаться слишком поздно. Да и не всегда этот механизм отрабатывает, как показывает практика: довольно часто диски с одним – двумя «просевшими» атрибутами могут не вызывать у Windows никаких подозрений весьма продолжительное время. Поэтому — смотрите накапливаемую SMART статистику, она полезна. Следить за ней можно с помощью массы бесплатных утилит, например – Victoria.
Износ диска начинается с момента начала его эксплуатации, но вначале он происходит с низкой интенсивностью. По истечении определенного времени, когда степень износа достигает определенного, критического, значения, изнашивание переходит из линейного в экспоненциальный рост, и диск переходит в неисправное состояние довольно быстро.
Основные признаки перехода диска на стадию износа по экспоненте: быстрый рост количества переназначенных секторов в отчете SMART, рост количества ошибок при попытках переназначить сектор, «подтормаживания» диска, появление «тыркающих» звуков при обращении к определенным файлам или папкам. На финальном этапе износа появляется большое количество дефектных секторов (система дефект-менеджмента уже не может справиться с потоком появляющихся дефектов), серьезные тормоза в работе диска. Выход из строя головки (или нескольких головок) по причине износа – апофеоз этого процесса. Компьютер перестает загружаться или загружается очень медленно, вы не можете скопировать никакие свои файлы, все жутко тормозит, и, наконец, просто перестает работать. Все. Головки изношены и больше не могут ничего прочитать.
Справедливости ради надо сказать, что у некоторых накопителей активирована система блокировки микропрограммы в случае ее проблем (в том числе – и дефект-менеджмента). В этом случае диск отказывается работать (либо не определяется вовсе, либо определяется, но не отдает емкость, либо определяется «заводским» именем, и т.п.). Блокировка предотвращает критический износ в случае, если диск подошел непосредственно к этой грани, при условии, что пользователь не будет пытаться «запустить» диск с помощью многократных включений («а вдруг заведется»), танцев с бубном и сомнительных рекомендаций из интернета («на полной луне положите свой диск на системный блок, плюньте три раза в вентилятор процессора и, когда прилетит обратно, произнесите ‘Информация вернись, жесткий диск загрузись’» и тому подобная антинаучная ересь). Тут только один правильный совет: нести заблокированный диск людям, которые понимают, как вытащить из него данные.
Диагностика естественного износа блока магнитных головок с помощью микроскопа
Микроскопирование головок жесткого диска уже давно стало стандартом в индустрии восстановления данных. Обследование головок под микроскопом дает возможность выявить поверхности, на которых имеются серьезные повреждения (пыль на головках, полированная поверхность головки и т.п.), выявить природу происхождения повреждений головок и т.п. Однако общепринятой методики выявления естественного износа головок нет.
С учетом того, что износ головки – это прежде всего выбивание из ее поверхности микрочастиц в результате воздействия сильного тока воздуха (микроповреждения поверхности), вполне логично, что оценить степень износа можно по состоянию ее рельефа. Однако при стандартном освещении можно увидеть только крупные изъяны рабочей поверхности MR-элемента; для того, чтобы «проявить» микрорельеф полностью, требуется два источника света: основной, направленный перпендикулярно поверхности, и некое подобие контрового света, направленного под небольшим углом (20 – 30 градусов) к поверхности. Для усиления «проявления» микрорельефа в качестве основного источника света мы использовали обычный белый свет от кольцевой галогеновой лампы, а в качестве дополнительного («контрового») света использовался светодиод холодного синего свечения.
Установка для исследования, таким образом, состоит из: тринокулярный микроскоп МС-ВП; переходник на байонет Canon EF, камера Canon EOS 5D Mark II, кольцевая лампа Model 2401, источник «контрового» света – штатный осветитель микроскопа с замененным светодиодом.
Установка для исследования степени износа блока магнитных головок жесткого диска.
При обычном освещении прямым светом на поверхности MR-элемента заметны только крупные повреждения рельефа. Это и понятно: свет идет сверху вниз под прямым углом, источник света – со всех сторон (кольцевой осветитель); при этом тени практически не отбрасываются. Введение в световую схему «контрового» источника света позволяет увидеть тени от многочисленных микронеровностей поверхности и оценить характер повреждения MR-элемента.
Пример
В качестве примера возьмем два одинаковых достаточно старых накопителя, у которых процесс износа уже идет давно, но один диск находится в критическом («предсмертном») состоянии, а второй в состоянии, когда SMART-статус только начинает предупреждать о возможном скором выходе из строя диска (диск только выходит на экспоненциальный рост износа). Диски Seagate ST3160215AS, семейство Seagate Barracuda 7200.10, емкость 160 Гбайт. В конструкции гермозоны используется 2 головки. Условия съемки одинаковые: ISO 320, выдержка 1/30, F 0 (диафрагма полностью открыта, так как съемка идет через микроскоп).
Диск в «предсмертном состоянии» имеет крайне печальные атрибуты SMART и огромное количество дефектов. Диск, SMART которого только начал показывать ошибку, имеет ровный график чтения и менее печальные показатели атрибутов SMART.
График чтения подопытного диска в критическом состоянии износа, первые 3 млн. секторов
Атрибуты SMART подопытного диска в критическом состоянии износа
График чтения подопытного диска в предкритическом состоянии износа, первые 3 млн. секторов
Атрибуты SMART подопытного диска в предкритическом состоянии износа
Посмотрим на головки сначала при обычном освещении сверху. Поверхность MR-элемента выглядит ровной.
Общий вид микрорельефа MR-элемента головок диска Seagate ST3160215AS, под прямым источником света
Ну а теперь давайте включим «контровый» свет. Картинка рельефа преобразилась: там, где у нас при обычном освещении видны углубления, при двойном освещении они выглядят, как выпуклости, а «зернистость» поверхности заметно увеличена.
У диска с меньшим износом поверхности MR-элемента размер зерна относительно мельче, но самое главное – нет крупных выбоин. Диск с большей степенью износа обладает относительно более крупной зернистостью и имеет хорошо видимые крупные выбоины на поверхности MR-элемента.
Разная степень зернистости микрорельефа одного участка поверхности MR-элемента головок накопителей Seagate ST3160215AS c разной степенью износа, масштаб 100%.
Общи вид микрорельефа поверхности MR-элемента головок накопителей Seagate ST3160215AS c разной степенью износа