Жесткий диск может «умереть» за несколько секунд — иногда достаточно легкого удара, сбоя питания или неудачного движения магнитной головки внутри. Onlíner поговорил со специалистами, которые уже много лет занимаются восстановлением данных с жестких дисков и накопителей других типов — тех, которыми мы пользуемся каждый день и не задумываемся. Они и поделились с нами информацией о том, как возникают поломки и что с этим делать.
Читать на OnlínerНа самом деле, эта история началась с собственной боли: у автора материала «полетел» жесткий диск из семейства Seagate Grenada, произведенный 15 лет назад и как минимум 10 последних лет использовавшийся под «склад» редко нужных данных. В какой-то момент он подвесил систему, а потом и вовсе исчез из списка оборудования. Нет, никаких внешних проявлений сбоев замечено не было, а HDD все равно умудрился повредить поверхность одной из своих пластин.
После того как данные были восстановлены, стало интересно: как автор оказался в такой ситуации и сложно ли было восстановить данные. И что делать, чтобы этого не повторилось. Вопросы задали тем, кто занимается восстановлением данных много лет. Начали с привычного: что приносят, что ломается чаще всего?
«Если мы расскажем, что у нас чаще бывает такое-то устройство, оно как будто ненадежное и плохое? На самом деле, это самое популярное устройство, таких просто больше продали, поэтому их больше попадает к нам на восстановление данных», — рассказывает Юрий (а в сложные для журналиста моменты на выручку приходил Виталий — оба они инженеры и сооснователи компании).
Кроме того, по словам собеседников, «большая статистика» собирается в течение лет пяти после выхода девайса на рынок, а к этому моменту он может устареть. Остается и такой аспект, как «удачные» и «неудачные» модели, причем это варьируется от партии к партии. Звучит, что очевидного параметра, который должен влиять на выбор, нет.
Начали мы издалека — с флешек и SSD-накопителей, которые представляют собой с большего одно и то же устройство, но с разным интерфейсом подключения (это не значит, что они не отличаются, просто для «внешнего наблюдателя» разницы почти нет).
«Чаще всего из строя выходят недорогие флешки. Обычно это не очень качественные устройства от неизвестных производителей. Они скупают дефектную память, берут не самую доработанную прошивку и не рассчитывают, что флешка будет работать долго — главное, чтобы она отработала хоть сколько. Маркетплейсы — самое опасное место, где можно покупать ноунейм-флешки. Вы выбираете флешку на 128 гигабайт, а у нее модифицированная прошивка и в реальности внутри 4 или 8 гигабайт. Такие — самые проблемные варианты в плане восстановления данных», — поясняет эксперт.
Из «забавного», связанного с бюджетными флешками, Юрий вспоминает устройства из «совсем бюджетного» сегмента: в таких банально может отсутствовать нормальная микросхема памяти, вместо нее — микросхема-капля с неполноценным кристаллом, залитым смолой и надеждой на его работу.
В «доверенном» списке традиционно популярные бренды, так как производитель несет ответственность и потому старается держать марку. Однако это не означает, что раскрученный бренд гарантирует бесперебойную работу всегда, просто шансы потерять информацию заметно ниже.
«Основная проблема флешек и карт памяти — это не выход из строя контроллера, как часто думают потребители, а разрушение таблиц трансляции. Контроллер пишет данные в микросхему памяти (либо в кристалл памяти, если речь идет о монолитных флешках), в разные блоки для равномерного износа. Данные записаны нелинейно, это очень мелкий пазл, собрать который в единую последовательную цепочку должен контроллер, который и ведет таблицу трансляции. Со временем, когда происходит износ микросхемы памяти, появляются битовые ошибки, и таблица трансляции может оказаться поврежденной.
Если флешка перестает определяться в системе, мы выпаиваем микросхему памяти, вычитываем ее в ридере. В монолитных MicroSD-карточках еще зачищаем верхний слой лака и подключаемся к технологическим контактам напрямую к кристаллу памяти, минуя контроллер. Вычитываем его содержимое, а функционал контроллера воспроизводим в программно-аппаратном комплексе», — в упрощенном формате рассказывает собеседник.
Выше прозвучало слово «износ» — странно с учетом отсутствия подвижных элементов. Но тут в дело вступает обычная физика. Как пояснил Юрий, данные в ячейках памяти флешек хранятся в виде электрических зарядов. Сохранность заряда обеспечивается слоем диэлектрика между ячейками, а с каждым циклом стирания в микросхеме памяти слой диэлектрика истончается — идет износ. Потому с годами надежность сильно снижается. Играет роль и то, что во флеш-памяти, в отличие от жестких дисков, невозможно записать данные поверх старых данных, производится обязательное стирание блока, то есть процесс интенсивный.
Кроме того, с развитием технологий восстанавливать данные становится сложнее. В старых микросхемах памяти все было просто: ноли и единичка в «один слой». Потом появились MLC (Multi-Layered Cell) — 2-битовые ячейки, за ними — 3-битовые ячейки TLC (Triple-Level Cell), сейчас память — QLC (Quad-Level Cell), это уже 4-битовые ячейки — одна хранит 4 бита информации. С одной стороны, плотность записи повышается и можно уместить больше, с другой — если данные повреждаются, потенциальные потери выше.
Потому самые простые в восстановлении данных — старые жесткие диски, старые флешки, первые модели SSD. Юрий говорит: «Ячейки были больше, их ресурс и надежность были гораздо выше, потому качественно восстановить данные с флешки, которой уже 15 лет, гораздо быстрее и проще, чем с современной».
То же касается и современных SSD с более высокой плотностью ячеек в кристалле памяти и более сложными микропрограммами (ведь всем этим нужно управлять).
Да, обычные юзеры могут от них отказываться, однако как минимум дата-центры, да и бюджетные сборки ПК и ноутбуков останутся с HDD еще долго.
«Да и для долговременного хранения жесткому диску пока альтернатив нет», — отмечает специалист.
Жесткие диски усложняются, хотя и без этого хватает нюансов.
«Если диск крутится со скоростью 7200 оборотов в минуту, линейная скорость на краю магнитной пластины составит 127 км/ч, на этой скорости головка над пластиной парит буквально в десятках нанометров. Задача диска на таких скоростях и в таких масштабах — читать и не ошибаться.
Можно привести аналогию в более понятных человеческих масштабах: если читающую головку сравнить с „Боингом 747“, то этот самолет должен лететь над поверхностью земли буквально в миллиметре, пересчитывать все песчинки, ни разу не ошибиться и не коснуться ни одной из них».
Потому HDD лучше не ронять и не ударять, любые вибрации могут быть фатальными: от внешнего воздействия вибрирует и пластина, и магнитная головка, которая парит над пластиной.
«На таких скоростях она оставляет царапину, микрозадиры, при следующем обороте магнитной пластины головка будет находиться над этим задиром на поверхности, дальше соскребать частички, ими же зацарапывать поверхность дальше», — поясняет Юрий.
Он также упомянул распространенный миф о том, что внутри гермоблока жесткого диска находится вакуум. Говорит, что в старых HDD — обычный воздух, у современных — гелий. Причем в коммерческих HDD такое появилось относительно недавно.
«Главное — очень чистый воздух, чтобы ни одной пылинки не было. Потому что при таких масштабах пылинка, незаметная человеческому глазу, гораздо больше, чем расстояние между головкой и поверхностью магнитной пластины. Поэтому если пользователь просто вскроет свой жесткий диск, посмотрит, как там красиво, закроет и включит, то уже вряд ли скопирует с него данные», — продолжает собеседник.
Что касается гелия, это более текучий газ, в отличие от обычного воздуха. Это позволяет приблизить головку к пластине и добиться большей точности, снизить турбулентность внутри гермоблока и температуру в нем — сопротивление воздуха тоже создает нагрев.
Дело в том, что задача головки — постоянно держать трек. А когда диск работает, он нагревается: хватит одного градуса, чтобы магнитная пластина увеличилась на несколько треков. Жесткий диск должен это учитывать и вносить корректировки, смещать головки. Инженеры даже учли такой параметр, как плотность шлейфа, подключающего блок магнитных головок к коммутатору: его гибкость меняется, что также корректируется управляющим ПО — микропрограммой.
Все это происходит почти на наноуровне, точность требуется максимальная. А с ростом емкости все становится сложнее, в том числе и конструкция: «Ближе к читающему элементу добавили подстроечные элементы — пьезоактуаторы. А в саму магнитную головку добавили термоэлемент, который при подаче питания может расширяться, читающий элемент буквально может „выпячиваться“».
Попутно заглянули в помещение, где установлен так называемый ламинарный бокс — чистая зона, где можно вскрывать гермоблок жесткого диска и не бояться пыли и загрязнений. В системе установлен компрессор с HEPA-фильтрами на вводе потока, внутри стоит микроскоп и ванночка для ультразвуковой очистки, а также необходимые инструменты и одноразовые перчатки. За спиной — те, кого нужно спасать, — накопители, доноры для них и «неудачники». Пара таких попала в кадр — HDD, которым уже не поработать, а потому разбирать их можно, не включая компрессор.
«Здесь несколько уровней чистки, в рабочую зону нагнетается чистый воздух без пыли. Это позволяет нам вскрывать жесткий диск для работ по замене блока магнитных головок, решить проблему с залипанием головок на пластинах. Иногда диски вскрываются в рамках диагностики, чтобы понимать вообще состояние магнитной пластины», — пояснил Юрий.
Ультразвуковая ванночка нужна для мытья головок: например, бывает так, что есть налет, но сами они исправны. «Нет ничего лучше для восстановления данных, чем родной блок головок», — улыбается эксперт. И на одном из неисправных и не подлежащих восстановлению дисков он продемонстрировал начинающийся «запил». А заодно — частицы пыли. Становится понятно, что любые инородные объекты или «стружка» под действием центробежной силы разлетятся по всему гермоблоку. «Да, собрать из фарша корову не получится», — иронизируют Юрий и Виталий, который помогал журналисту понять особо сложные моменты.
«Крайне редко неисправность вызвана именно выходом из строя платы жесткого диска. Если при подаче питания диск вообще не раскручивает магнитную пластину, скорее всего, неисправна она. И это один из самых недорогих случаев выхода из строя. Чаще — проблемы с микропрограммой жесткого диска или выход из строя магнитных головок. Выглядит оно по внешним признакам идентично». В микропрограмме есть особо важный модуль — транслятор. Упрощенное описание: он учитывает, на какой именно поверхности какой пластины записаны ваши данные, на каком треке и секторе, какое смещение в пределах трека. Также в транслятор внесена заводская таблица дефектов. Как отмечает Юрий, не существует ни одной магнитной пластины, вышедшей с завода, идеальной и без дефектных секторов.
После заводского тестирования формируется дефект-лист, и эти секторы изначально пропускаются и не нумеруются. Со временем эксплуатации в HDD могут появляться свои дефектные секторы, которые исключаются из работы, вместо них выделяются области из резервной зоны сектора.
Если в микропрограмме происходит сбой, то диск может просто зависать на старте, простая аналогия — при ошибках может на старте зависать операционная система компьютера. Либо диск может определяться с нулевым объемом.
«В таких случаях мы прерываем загрузку диска, не позволяем ему загрузиться полностью и успеть зависнуть. А потом разбираемся, какие служебные модули в диске повреждены, что именно не так, восстанавливаем структуру служебной зоны, чтобы диск мог в технологическом режиме запуститься, далее уже на оборудовании вычитываем данные».
Из менее «дружелюбных» вариантов — алгоритмы микропрограммы диска могут менять высоту головки, если качество чтения недостаточное. В некоторых моделях, в которых инженеры просчитались с диапазонами регулировки, головка касается поверхности, и она начинает «рыть». Кроме того, на магнитный слой пластин наносится слой полимерного лубриканта, и он со временем под влиянием колебаний температуры может «вспучиваться» — несколько нанометров достаточно, чтобы задеть головку, тем более, если она уже опустилась на описанном выше этапе.
Произойти все это может за секунды, а вариаций, когда «все пошло не так», много. Например, пропало электричество или компьютер выключили неправильно: головка не успевает уйти на парковочную рампу и без потока воздуха «прилипает» к пластине. Когда головка залипла без каких-то резких рывков, данные можно спасти, но только их, диск же придется отправить на пенсию.
Из необычных случаев потери данных эксперт вспомнил жесткий диск после пожара: все внутри было покрыто испарениями пластика и герметика. Были диски после залития, в том числе побывавший на дне озера. И на такие можно найти управу — есть подход.
А как-то принесли жесткий диск из ноутбука: «Девушка окончила работу и очень бодренько захлопнула крышку. После этого диск не включился. Достали его, вскрываем гермоблок, а одна из двух пластин лопнула и раскололась на части. Дело в том, что пластины изготавливают либо из алюминия, либо из стекла, а стеклянные пластины чаще используются как раз в двухдюймовых ноутбучных дисках».
Наличие шифрования не является преградой для восстановления данных: это ведь нули и единицы, биты и байты, а «расшифровать» их можно с помощью ключей и паролей. В некоторых случаях на этапе обработки данных отсутствие шифрования помогает провести дополнительные манипуляции: отделить целые файлы от поврежденных, например.
Немного досталось от экспертов дискам с так называемой черепичной записью (SMR, Shingled Magnetic Recording). Технология позволяет хранить больший объем информации на той же площади пластины, однако в случае изменения данных под перезапись попадает сразу несколько треков — просто потому, что головка шире дорожек, которые «уложены» как черепица внахлест.
«Это очень сильно усложняет архитектуру жесткого диска, его микропрограмму и потенциально процесс восстановления данных», — отмечает Юрий. Добавляет, что 2,5-дюймовые HDD все такие (ничего не попишешь). А заодно рекомендует при выборе накопителя форм-фактора 3,5 дюйма отдавать предпочтение дискам без черепичной записи.
Запчасти вышедших из строя дисков могут использоваться при восстановлении данных, однако есть много но. Такой подход целесообразен, когда ремонт родного компонента не имеет смысла, а чаще всего используются блоки магнитных головок. «Доноры» подбирают по ряду параметров, а в двух одинаковых дисках могут быть «неподходящие» компоненты, бывает, нужно искать долго.
«Люди часто спрашивают: когда неисправный диск, можно ли перенести пластину? Нет, это делается только в том случае, если неисправен шпиндельный двигатель. И делается это крайне редко, так как добавляет дополнительные вопросы балансировки пластины на валу, ведь мы говорили о микромасштабах», — отмечает Юрий и добавляет, что на полке больше года лежит диск, подобрать «пару» которому пока не удается.
«На жестких дисках. Из всех устройств они пока лучшее решение для хранения домашних бэкапов. И лучше, чтобы этот жесткий диск, если мы говорим о домашнем использовании, был отдельным внешним устройством, которое мы раз в какой-то период — в неделю, в месяц — подключили, сделали резервную копию, отключили, положили на полку.
Почему именно отдельное устройство? Потому что периодически активность проявляют вирусы-шифровальщики, и если пользователь словит такой вирус, то будут зашифрованы и основные данные, и резервные копии. Опять же, какие-то проблемы с питанием, внезапно отключился компьютер, удар, скачок питания — могут выйти из строя и основной жесткий диск, и диск с резервными копиями».
«Хороший и дорогой» SSD — альтернатива лишь отчасти, когда на HDD есть бэкап с этого твердотельного накопителя.
«Когда вы используете SSD, вы должны понимать, что, если он выйдет из строя, восстановление данных с него гораздо сложнее, чем с жесткого диска. И напомню, что данные в SSD — это, по сути, электрические заряды в ячейках памяти. Когда накопитель лежит на полке долгое время, уровень заряда в ячейке неизбежно снижается, и SSD от какого-то серьезного производителя с хорошей репутацией может, конечно, хранить данные годами. А вот недорогие накопители уже через полгода могут начать терять данные из-за утечки заряда».
В разговоре Юрий подробно рассказал о том, на каких принципах работает сохранение данных на SSD, и об их взаимодействии с операционной системой (может, вам что-то скажет команда trim, актуальная и для черепичных дисков). Это тема для отдельного материала, но если кратко: принцип записи/перезаписи заметно отличается от применяемого в HDD. Очень небольшие шансы восстановить данные на SSD, с которого информация была удалена, а также если накопитель отформатировали, есть, но куда ниже, чем в случае с HDD. А вот шансы на восстановление перезаписанных данных по-настоящему ничтожны.
«У нас часто даже спрашивают, а что купить, посоветуйте самый надежный жесткий диск. Нет такого, любой выйдет из строя. Если есть желание купить самый дорогой, лучше взять два средних по цене и делать отдельные бэкапы, это будет гораздо надежнее. Кстати, растет популярность домашних RAID-массивов, на два жестких диска, на четыре. И человек, покупая домашнее хранилище с RAID-массивом, получает какую-то иллюзию безопасности: мол, у меня есть RAID, это очень надежно, я могу расслабиться. Ни в коем случае. Если вы используете RAID-массив, очень важно настроить систему уведомлений, потому что жесткий диск может выйти из строя в любой момент, как и в любых других устройствах. На практике у нас бывают ситуации, когда к нам привозят на восстановление RAID-массив, который вышел внезапно из строя. Начинаем работать с дисками и видим, что один из дисков вышел из строя, к примеру, год назад, а человек об этом даже и не знал».
Специалисты отмечают, что нужно следить за бэкапами и тем, что устройство исправно, проверять смарт-параметры: «Это важнее, чем подход к выбору модели диска».
Благодарим компанию «Центр восстановления данных MHDD» за помощь в подготовке материала.
Нравится читать Onlíner? Добавьте наши новости в «Основные источники» Google
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by