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沒有后悔藥?固態硬盤數據恢復探秘

發布于:2019-01-12 18:23來源:顏如 作者:顏如 點擊:

    固態硬盤(SSD)憑借超高速的讀寫速度在高端玩家中頗受歡迎,但是SSD硬盤也暴露出一些不成熟的表現,之前已有過固件門、性能下降等例子。Techgage網站最新的測試顯示SSD硬盤在數據恢復方面遇到了新的挑戰,這一問題在支持TRIM指令的固態硬盤上尤為嚴重。有鑒于此,編輯將這篇文章編譯過來希望能引起玩家的重視。目前這一問題還沒有別的評測加以佐證,筆者手頭也沒有固態硬盤可重復驗證,希望正在使用固態硬盤的玩家在評論中多多探討,并注意備份自己的重要數據。

你是否已將你的PC升級到了新一代配置(比如多核CPU、SSD固態硬盤),并為新電腦的高性能而沾沾自喜?的確,現在的PC機性能越來越強大,但是一個不小心,這個價值\$2000美元的野獸也可能讓你一聲嘆息。如果你和筆者一樣喜歡在進入桌面之后加載一大堆應用程序,那么你就需要小心了。

問題源于SSD固態硬盤,這個2.5寸的NAND硬盤可以大幅提升電腦性能,啟動速度更是飛快,用過SSD硬盤的用戶與普通機械硬盤一對比就會發覺兩者之間巨大的差別。不過本文的重點不是SSD硬盤的性能,而是關注固態硬盤可能帶來的問題,尤其是Win7系統中引入的TRIM指令可能會對數據恢復造成負面影響。這個問題目前尚有爭議,但是依然值得我們去關注和探討。

固態硬盤以前也出過問題,還記得Intel的磚頭門嗎?起初人們認為這還只是Intel一家的SSD硬盤的風險,但是后來的事實證明市面上的多款SSD硬盤都有著相同的固有問題。

幾乎絕大多數存儲設備在刪除文件時都有如下類似的步驟:一旦用戶刪除文件,指向數據在硬盤上的具體位置的索引就會被刪除(對于機械硬盤來說就是LBA邏輯塊尋址)。舉例來說,如果為了管理方便你把自己收藏的電影存放位置寫在一張紙上,某天你不慎把這張紙燒掉了,實際上你只損失了一張紙,實際的電影還在。通常我們的數據存儲就是這樣,刪除文件時只是刪除了文件的索引,具體的文件還存在硬盤上。

也正因為實際數據仍然保存在硬盤上,數據恢復才有了操作的可能,當然前提是用戶沒有在原位置覆蓋新的數據。一旦用戶誤刪除了重要文件,使用數據恢復軟件都有很高幾率成功恢復文件,這種事對機械硬盤來說并不鮮見。隨著SSD硬盤的興起,恢復數據的方法雖然沒有改變,但是固態硬盤獨特的使用方法使得數據恢復面臨新的挑戰。


SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固態硬盤的數據恢復問題


Kingston's SSDNow M Series - 1G & Non-TRIM (左), 2G & TRIM (右)

機械硬盤可以隨時覆寫數據而不會影響硬盤的讀寫性能,即使使用幾年后其讀寫速度也不會有較大變化。與之相比,固態硬盤由于NAND閃存不同的工作原理導致使用一段時間后就會遇到性能下降問題。

我們可以用磁盤碎片產生的過程來解釋這個問題,系統向磁盤的某個區塊寫入了一堆數據,在不需要的時候用戶就會刪除這些數據并在同位置保存別的文件,而操作系統是以固定大小的區塊來保存文件的(windows系統默認格式化的時候是以4KB為一個數據單元),新保存的文件不一定能恰好填滿原來占用的區塊,假定一張圖片的大小是6KB,需要占用一個4KB區塊和另一個區塊的2KB,而剩下的的2KB空間可能被另外的word文檔占用,如果用戶刪除了圖像文件,但是word文檔不受影響,依然要占據剩下的2KB,因此就會產生磁盤碎片。

隨著使用時間的增長,磁盤碎片就會越來越多,進而導致磁盤性能下降,所以我們需要定期整理磁盤碎片,將碎片占用的空間整合轉移,但是對于固態硬盤來說磁盤碎片整理并沒有解決全部問題。

一旦需要在原位置寫入新的數據,傳統的機械硬盤執行新數據寫入只需要覆蓋寫入即可,而SSD硬盤必須要先清除原有的數據才能將新數據寫入硬盤,這也是SSD硬盤性能更高的一個原因,而執行清除―寫入的過程也正是TRIM指令最主要的作用所在。

SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固態硬盤的數據恢復問題

微軟在Win7系統引入了新的基于ATA命令的TRIM指令,一旦有刪除文件、格式化或者忽略文件之類的磁盤讀寫,系統就會向SSD硬盤發出命令清空區塊中數據。這個過程很簡單,但是很有實用價值。無論用戶是刪除文件還是格式化SSD硬盤,TRIM指令都會清空數據及索引,某種意義上來說這時的SSD硬盤相當于全新狀態,不再有性能下降的問題。

    TRIM指令的作用也正是本文的由來,多數人都忽略了TRIM指令的負面影響。用戶在享受TRIM帶來的好處時也不知不覺中使得數據恢復的可能性降至0。如前文提到的,在機械硬盤和不支持TRIM指令上的固態硬盤上進行數據恢復沒有什么問題,只有原位置沒有寫入新的數據,用戶只需要選擇合適的軟件基本上就能恢復誤刪文件。

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數據恢復在支持TRIM的SSD上就會成為一個難題,一旦你刪除了某個文件(隨后又清空了回收站),你的數據可能永遠也無法恢復了。因為TRIM指令的存在,用戶刪除數據后SSD硬盤就會徹底清空那個區塊,而不是像傳統的機械硬盤那樣只刪除索引而保留數據。

筆者無法確認TRIM指令是否會導致機械硬盤上的數據也不可恢復,如果必須有個結論的話那么普通消費者也無法進行這樣的數據恢復,當然如果有適當的工具,數據恢復也并非不可能。某種意義上我們可以把NAND閃存看做電腦的內存(RAM),內存一旦斷電其中的數據就會消失無蹤(某些情況下可以啟動恢復很可能是使用特殊手段保證內存不斷電)。

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