多次强制断电致硬盘数据丢失?希捷/西数/东芝……谁来背这个锅?

  近日,“三原色”幼儿园事件引起了各方的极大关注。昨天晚间,公安机关发布了最新的情况通报。由于涉及敏感话题,对于这个事件本身,我们就不做讨论了。不过,作为科技媒体,对于通报中所提及的“强制断电”对于硬盘造成损坏以及硬盘数据恢复的问题,我们觉得还是有必要讨论一下。

  相信我们很多人在接触和学习使用电脑、U盘等设备之初都有曾被告知过,尽量避免断电关机、强制关机、热插拔U盘等等,其理由就是这样容易造成电脑硬盘或者U盘的损坏和数据丢失。

  但是,随着技术的进步,相信大家感触最深的应该是U盘早已经可以无视热插拔了。以前拔除U盘之前,我们都会先点击右下角“系统托盘”中的“安全删除硬件”,然后点击需要“停止”的U盘,等待系统提示“安全地移除硬件”之后再拔出U盘。现在应该没有几个人会这么干了吧?当然前提是,U盘并不是正在写入数据当中。不过,即使在写入数据当中拔出,也不会对于U盘本身造成损坏,最多就是正在写入的那个文件不能用了而已,之前已经在U盘当中的数据是不会丢失的。

  那么对于现在的机械硬盘来说,突然断电是否会造成物理损坏呢?我们先来了解下机械硬盘的内部结构和工作原理。

  机械硬盘的物理结构主要包括前置控制电路、磁头及其驱动器件、磁盘及主轴组件等主要部件构成。

  其中,磁盘是数据存储的主要介质。逻辑上,每个磁盘的每一面都会被分为磁道、扇区和柱面这几个部分。磁道是指磁盘旋转时由于磁头始终保持在一个位置上而在磁盘表面划出的圆形轨迹,这些磁道是肉眼看不到的,它们只是磁盘面上的一些磁化区,使信息沿这种轨道存放。扇区是指磁道被等分为的若干弧段,是磁盘驱动器向磁盘读写数据的基本单位,其中每个扇区可以存放512字节的信息。而柱面为一个圆柱形面,不同容量的硬盘当中,盘片的数量是不同的,一个盘片有两个面,这两个面都能存储数据,每一面都会对应一个磁头。而每个盘面都被划分为等量的磁道并由外到里依此编号,具有相同编号的磁道形成的便是柱面,因此磁盘的柱面数与其一盘面的磁道数是相等的。一般来说,存储容量=磁头数×磁道数×每道扇区数×每扇区字节数。

  机械硬盘在工作时,磁片会由主轴电机带动呈高速旋转状态,在高速轴承支持下机械磨损很小,这也使得磁盘可以长时间的连续工作。而磁头则是读取磁盘数据和将数据写入磁盘的关键。

  硬盘驱动器磁头与磁头臂及伺服定位系统是一个整体。伺服定位系统由磁头臂后的线圈和固定在底板上的电磁控制系统组成。由于定位系统限制,磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。因此,不管开机还是关机,磁头总在盘片上;所不同的是,关机时磁头停留在盘片的启停区,开机时磁头则“飞行”在磁盘片上方。

  当机械硬盘在工作时,盘片会以每分钟上千甚至上万转的速度高转速旋转,此时,磁头从停启区移动到盘片上,然后开始在盘片磁道上读取或者写入信息。当没有数据交换时,磁头会移动至等待区。机械硬盘的工作原理大致如此。

  这里需要特别指出的是,磁头在停止工作时,在启停区(无数据的区域)与磁盘是接触的,但是在工作时与磁盘并没有直接接触。当需要从硬盘读写数据时,磁盘开始高速旋转,当旋转速度达到额定的高速时,这时磁头才向盘片存放数据的区域移动,磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起,磁头和盘片间会有一层高速旋转产生的空气膜,并与盘面保持一个微小的距离。这个距离越小,磁头读写数据的灵敏度就越高,因为如果距离过大就不能使盘面达到足够强的磁化,进而难以读出盘上的磁化翻转(磁极转换形式,是磁盘上实际记录数据的方式)。当然,距离越小对于硬盘各部件的要求也就越高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行,而现在的水平已经可以达到0.005μm~0.01μm。这使得磁头既不会与盘面接触造成磨损,又能可靠的进行数据读写。

  通常情况下,造成机械硬盘物理损坏的最常见的原因其实是物理冲击。前面提到,机械硬盘在工作时,盘片时由主轴带动,呈高速旋转,而此时则由磁头在高速旋转的盘片上进行读写数据。如果此时受到了外力或者内部部件机械故障导致的物理影响,则可能会使得磁头撞击磁盘表面造成物理损坏。

  那么突然断电会对机械硬盘造成物理损坏吗?

  首先,前面我们提到,机械硬盘工作时,盘片是处于高速旋转的状态下,其磁头与盘面实际上是并没有直接接触的,突然断电的话,由于惯性的存在,盘片并不会立刻停止转动,这时控制磁头的音圈马达就会突然断电而失去动力,如果无法回归到启停启区,在盘片转速下降时,磁头的悬浮力将会减小,磁头可能会与盘片直接接触,这时确实可能会对磁盘造成物理损坏。

  不过,机械硬盘经过几十年的发展,目前技术已经非常的成熟,也已经有了一些断电保护机制。首先,一般来说,合格的电源其内部的大电容所储存的电量可以在断电后维持16ms的时间,另外,有些硬盘内部可能也有加装电池或超级电容,这也给硬盘的关闭提供了时间和电量,磁头在永磁体的作用下迅速拉回到安全停靠区,从而避免划伤磁盘。这也是为什么很多硬盘在经受数次断电而没有损坏的原因。

  当然,这并不代表突然断电就不会对盘片造成物理损坏,特别时在磁头正在写入数据时,磁头会离盘片非常近,突然断电,磁头在回到停靠区之前可能就已经对盘片造成划伤。不过,从目前的机械硬盘产品来看,一般来说,突然断电造成硬盘物理损坏的概率已经是比较低了。

  昨晚的公告出来之后,网友讨论比较多的就是这次用的是谁家的硬盘。目前希捷、西部数据、东芝是机械硬盘市场的三大最主要的玩家,所以,大家都认为是这三家其中的一家。不过不管是哪家硬盘厂商,估计都不会愿意为此事背锅。

  更何况,如果是“三原色”采用的是商用级的视频监控硬盘,那么发生断电造成物理损坏的概率将会更低。而且,对于商用的视频监控系统来说,一般还会加装UPS(不间断电源,即蓄电池),以避免意外断电对硬盘造成影响。

  显然,对于“三原色”来说,其应该不会简单的采用家用视频系统来监控整个校园,如果采用的是商用级别的系统,一般会同时加装UPS(几百块,成本也不高,但是可以极大降低因断电导致的磁盘损坏带来的损失),应该不会发生因断电造成的硬盘物理损坏。除非没有装UPS,或者那位管理员给监控设备强制断电的同时还特地关闭了UPS。

  一般来说,监控系统是由摄像、传输、控制、显示和记录这五大部分组成。从种类上来看,有DVR监控和NVR网络视频监控两大类,目前NVR网络视频监控已经为主流。在部署方面,DVR比较繁琐,需要要视频线、音频线等等,而NVR则只需要一条网线即可解决。当然,不管是DVR还是NVR,一套完整的视频监控系统都离不开监控摄像头,传输装置,控制软件,显示器和存储设备。

  在中心存储方面,商用级别的DVR和NVR一般都采用的都是专用硬盘,对系统数据的可靠支持是极其稳定的。不过,DVR主要是中心存储,无法实现前端存储,一旦中心设备或线路出现故障,录像资料就无从获取了。而目前NVR产品及系统可以支持中心存储、前端存储以及客户端存储三种存储方式,并能实现中心与前端(前端一般采用固态存储)互为备份,一旦因故导致中心不能录像时,系统会自动转由前端录像并存储。

  不管是DVR还是NVR,一旦强制断电关机后发生硬盘物理损坏后,再次开机,硬盘录像机在编程的时候也有和电脑一样的系统自检功能,磁盘阵列也会开启自检,发现损坏后,其控制系统必定会提示并发出警报。如果是DVR,那么显然整套系统将无法继续工作。如果是NVR系统,其前端摄像头配备有固态存储的话,那么摄像头可能会依然可以进行工作。但是只能存储较短的时间的视频资料。

  另外,根据公众号@任易 昨天的一篇文章显示(已被删) ,近年随着“平安校园”项目的推进,北京朝阳区教委已经实现了对下属幼儿园视频监控的集中管理,涉事的“三原色”属于朝阳区辖区内,自然也不例外。

  根据北京市门头沟教育系统校园视频监控升级改造招标公示显示, 明确有要求“当管理平台服务器故障、网络中断时,不能影响全系统的图像存储(宕机时录像也应该保存),保证系统不会出现整体瘫痪的恶性系统故障,确保系统的高可靠性,视频数据保存不低于30天。”

  那么这也意味着“三原色”很可能所采用的是NVR系统(当然,前面的一张图所示,DVR也可以接入到网络系统当中,并且也可以在远程进行备份),即使本地数据出现了损坏,远程也应该有数据备份。

  不管怎样,如果之前“三原色”的机械硬盘由于直接断电出现了故障,那么当第二次开启的时候就会出现警报,而且监控系统会无法正常工作,管理员不是瞎子或者聋子应该都能够发现,并且应该主动上报。如果其设备是联网到教育局的话,那么教育局那边也必然会收到提示。当然,如果大家都选择无视设备故障的话,监控系统当摆设的话,那就另当别论了。如果之前都能够正常工作,那除非正好是事件发生后,最后一次断电关机时发生了硬盘损坏。如果这样的话,那么“经专业技术公司检测,(硬盘发生物理损坏)系多次强制发生断电所致”的结论就有点令人莫名其妙了。一般你只能检测出硬盘损坏原因时断电造成的,怎么能看出时多次断电造成的?难度前几次断电后造成了损坏,然后还能正常工作?

  当然,这也可能是发布公告的机构自己画蛇添足,加上了“多次”两个字。

  对于机械硬盘来说,如果发生了物理损坏,在数据的恢复上确实会有一些棘手。但是,对于大容量的硬盘来说,其内部会有多个盘片,即使突然发生断电对磁盘造成损坏,也主要限于当时正在读写的盘片。其他没有进行读写的盘片上的数据一般不会受到损坏。不过,可能磁头同时也发生了损坏,所以也会导致其他的没有损坏的盘片上的数据无法读出。

  这时,要修复硬盘上的数据就需要在无尘工作环境下打开硬盘,更换损坏的磁头或者硬盘内的其它部件。然后将新更换的部件与原有部件重新组合成硬盘,并调试对应的固件。顺利的话,就可以读出没有损坏的盘片上的数据。

  而对于已发生物理损坏的盘片,则需要通过磁场克隆,将损坏的盘片上的信息完整的复制到一个新盘片当中,这一部分是整个数据恢复中耗时最长的。根据盘片的受损程度不同,可能需要几个小时甚至几个月的时间,或者部分数据根本就无法恢复了。

  从前面官方的通告中可以看到,“经鉴定部门工作,目前已经恢复了约113小时的视频”。说明恢复的工作还是取得了一些进展。

  不过对此,网上还是有不少网友吐槽,大家转的最多的还是@京八婆 的这条微博吐槽。

  不过,说句公道话,同样是硬盘损坏,但是因为损坏的原因不一样,所以修复的难度肯定也不尽相同,不能一概而论。有的硬盘可能只是软件出现了问题,修复起来很容易,但是如果是磁盘的盘片发生了物理损坏,确实是会比较难以修复。

  所以,在重要的数据存储的上还是要注意定期备份,或者同时在多个地方进行存储,直接在云端存储也是一个不错的选择,当然这可能会涉及到一些隐私安全的问题。

  作者:芯智讯-浪客剑

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