Сегодня к нам в лабораторию поступил довольно любопытный диск. Нет, вначале мы подумали, что это будет рядовой, заурядный заказ — Western Digital на 500 Гбайт, ничего вроде бы особенного, но… При подключении диска к ПАК РС-3000, после вывода диска на интерфейс, оказалось, что его емкость 320 Гбайт, а серийный номер диска при идентификации отличается от того, который написан на этикетке.
Тщательный осмотр показал: гермоблок накопителя относится совсем к другому семейству. Судя по этикетке, диск должен быть Tahoe и иметь явственно выраженные ребра по краям крышки гермозоны. По факту же накопитель оказался из семейства Rider с соответствующим строением крышки.
Собственно, те, кто подделал накопитель, особенно и не скрывали своей активности. Торцевая этикетка накопителя, дублирующая серийный номер, даже не была отделена от печатной основы — мы легко удалили ее, и нашему взору предстала оригинальная, исходная этикетка с серийным номером.
Вполне логично спросить: а для чего наклеивать на накопитель емкостью 320 Гбайт этикетку, на которой указано 500? Кто знает… Судя по истории этого компьютера, был он куплен давно, в те времена, когда такая разница в емкости была существенной по деньгам. Поэтому, думается, меркантильный интерес тут самый оправданный.
26 ноября 2019 г. на сайте компании Microsoft появилась пугающая новость: специалисты компании около года назад обнаружили заражение вирусами нового типа; на текущий момент заражено более 80 000 компьютеров по всему миру. Это новый вирус-майнер, который очень сложно обнаружить и еще сложнее уничтожить в силу того, что он имеет полиморфную структуру — то есть массу видоизменений.
Мы уже писали про вирусы-майнеры, поэтому остановимся на них лишь кратко. Вирус-майнер, в отличие от любого другого, имеет, как правило, всего одну цель: использовать ресурсы вашего компьютера для добычи криптовалюты. При этом вы оплачиваете весь банкет злоумышленника: при добыче криптовалют тратятся электроэнергия (это основной внешний ресурс, необходимый для процедуры майнинга) и вычислительные мощности вашей машины (ваша система может начать работать медленнее). Один такой вирус не заработает много денег, однако при создании сетей из майнинговых компьютеров доходы злоумышленника могут быть вполне осязаемыми.
Очевидно, что при заражении 80 000 машин, даже если одна машина будет майнить количество криптовалюты, эквивалентное 10 центам в день, общий доход злоумышленника составит не менее 8 000 долларов. Ежедневно. Очевидно, что овчинка вполне себе стоит выделки.
Новый вирус получил название Dexphot. Заражение компьютеров производится в виде последовательности из нескольких этапов, описанных на сайте Microsoft следующим образом:
При осуществлении атаки вирус записывает на диск файл-инсталлятор, содержащий две ссылки, с которых впоследствии будет скачиваться основной код.
С одного из этих URL скачитвается инсталляционный пакет.
После этого на диск разворачивается защищенный паролем и зашифрованный архив в формате zip.
Из этого архива разворачивается загрузочная библиотека.
Загружается зашифрованный файл, в котором содержатся три исполняемых файла, которые загружаются в системные процессы посредством process hollowing (осуществляется инъекция).
Блок-схема методов заражения содержится на сайте Microsoft и приводится здесь:
Блок-схема атаки компьютера вирусом Dexphot
Как отмечают специалисты Microsoft, в силу того, что заражение и работа вируса происходят разными способами, его надежная идентификация затруднена. Кроме того, после заражения исполнение вируса происходит по невидимой безфайловой технологии: легитимный системный процесс заменяется на вредоносное содержание и затем запускается из легитимного системного источника (библиотеки или исполняемого файла). При таком методе запуска, когда все изменения кода производятся «на лету» в памяти машины, идентифицировать источник заражения практически невозможно.
Полиморфизм вируса заключается прежде всего в том, каким образом он атакует компьютер. Инсталляционный пакет, загружаемый на компьютер-жертву, на текущий момент существует в 22 разных вариациях (и вовсе не факт, что это окончательное число), в которые входят файлы разных названий, размеров и т.п. Кроме того, количество URL, используемых вирусом для загрузки своего кода, на текущий момент составляет 18 (и, вполне вероятно, это число также может быть занижено). Таким образом, вирус может комбинировать огромное количество комбинаций для заражения: учесть их все стандартный антивирус не в состоянии.
Что же делать? Следовать советам Microsoft, конечно. Они первыми обнаружили эту угрозу, детально ее исследовали — ими же и разработаны методы борьбы. Эти методы — Microsoft Defender Advanced Threat Protection. Вы можете скачать пробную версию этого продукта с сайта Microsoft (ссылка выше), и если вам она понравится — купить ее.
Задача. Восстановить данные с переломленной флешки.
Описание проблемы. Флешка имеет физическое повреждение: переломлена.
Результаты диагностики. Методом визуального осмотра определено, что флешка переломлена в области соединения USB-разъема.
Необходимые для восстановления информации процедуры.
Распайка разъема USB на монтажной плате.
Напайка проводников для соединения флешки и USB-разъема.
Проверка соединения.
Включение флешки в штатном режиме, копирование данных заказчика.
Результат.
Данные восстановлены полностью.
Особенности заказа.
Такие заказы обычно не являются сложными, так как возможность привести устройство к состоянию «чтение в штатном режиме» всегда лучше, чем восстановление информации в технологическом режиме.
Задача. Восстановить данные с разбитого мобильного телефона Philips Xenium W6500.
Описание проблемы. Телефон подвергся серьезному физическому воздействию, экран разбит.
Результаты диагностики. Телефон частично исправен: на звук включается. Принято решение восстанавливать данные без распайки eMMC.
Необходимые для восстановления информации процедуры.
Перевод телефона в режим Recovery.
Снятие графического ключа.
Рестарт телефона в нормальном режиме.
Получение root-доступа.
Установка в аппарат необходимых утилит.
Клонирование телефона в файл, извлечение данных из полученного файла-образа.
Результат.
Данные восстановлены полностью.
Особенности заказа.
Основная сложность при выполнении данного заказа заключалась в том, что у телефона не работает дисплей. Получить доступ к информации можно было двумя способами: установить новый модуль дисплея (в силу старости аппарата, его пришлось бы ждать от недели до двух), либо клонировать аппарат по USB. Было принято решение идти по второму пути, так как он был очевидно быстрее. Для загрузки в телефон нужных приложений использовался отладочный режим. Удачей было то, что в телефоне уже был включен режим разработчика и отладка по USB; если бы этого не было, возможен был бы только первый вариант, либо выпаивание микросхемы памяти и прямое ее чтение.
Типичный представитель дисков с технологией SMR — Seagate Mobile HDD
Вместо предисловия
Когда-то давно (относительно, конечно) в индустрии производства накопителей на жестких магнитных дисках настал переломный момент: для того, чтобы увеличить емкость выпускаемых дисков, производители перешли от параллельной магнитной записи к записи перпендикулярной. Технология появилась 12 лет назад и ее единственной задачей было продлить век жесткого диска, сделать его конкурентноспособным за счет увеличения емкости и уменьшения цены. Надо сказать, что с задачей технология справилась на славу: емкость жестких дисков за эти годы выросла почти в 10 раз, а цена упала до смешного: за 1 Тбайт дискового пространства нынче просят меньше 50 долларов США.
Однако и технологии NAND, на которых строятся твердотельные диски, не стояли на месте. Появились ёмкие SSD (100 Тбайт) с очень высокой производительностью. Жесткие диски оказались позади аж по целым двум показателям: по емкости (потолок того, что можно сейчас купить на рынке — 18 Тбайт; производители обещают в скором времени диски емкостью 20 Тбайт, но по сравнению со 100 Тбайт это звучит, мягко говоря, не очень оптимистично) и по производительности (современный жесткий диск ограничен пропускной способностью интерфейса SATA или SAS, тогда как твердотельные диски последних поколений работают на скоростях шины PCI Express).
Единственный (и, надо сказать, пока еще определяющий выбор покупателя) плюс жестких дисков — их цена. Накопитель HDD на 1 Тбайт стоит в 3 — 5 раз дешевле твердотельного диска той же емкости, ну а повышение емкости SSD кратно одному Тбайту повышает его цену в некоторых случаях на порядок.
За то время, что развивалась технология перпендикулярной записи, ее возможности были практически исчерпаны, и перед производителем встала новая задача: как продолжать наращивать емкость? Для этого существует три пути: уменьшить толщину магнитных пластин и, как следствие, сделать возможным установить их в гермоблок жесткого диска больше (при этом по очевидным причинам страдает надежность); уменьшить величину записываемого участка (увеличить плотность на треке) и сделать возможным записать больше данных на трек (развиваются две технологии — MAMR и HAMR); изменить метод записи для более плотного расположения непосредственно треков. Вот об этом, последнем, пути увеличения емкости мы и поговорим.
Производители ведут разработки, естественно, во всех направлениях. Одним из революционных изобретений последних лет стала технология SMR — Shingled Magnetic Recording, черепичная магнитная запись. Про нее эта статья.
Что такое SMR
Черепичная запись — принцип организации записи треков так, чтобы они частично перекрывались. Соответственно, упаковка треков в этом случае максимальная — фактически они лежат так плотно, что головка чтения-записи уже не может работать с каким-то одним треком, ей приходится работать сразу с несколькими. Это заметно увеличивает скорость чтения и записи (пишем-то сразу несколько треков, как и читаем), но только в том случае, если запись или чтение производится последовательно. Если нам нужно работать с большим количеством мелких файлов, а тем более — начать перезапись данных внутри уже имеющихся (например, удалить один маленький файл и записать на его место другой), скорость записи и чтения может проваливаться всерьез и надолго — вплоть до значений, близких к единичным IOPS на несколько минут.
Схема упаковки треков при PMR-записи
Схема упаковки треков при SMR-записи
На рисунках выше мы показали разницу между PMR (причем не важно, параллельной или перпендикулярной) и SMR записью.
Как видим, писать-читать SMR-головки могут только порциями треков, причем довольно солидными, на ширину головки. Эти порции треков называются лентами (ленты могут быть и шире однократного прохода головки, но всегда кратны ему). Если старый добрый жесткий диск с PMR-записью оперировал треками, то новый, с записью SMR, оперирует уже лентами (хотя треками, естественно, оперировать он тоже умеет — но об этом ниже).
Как работает SMR-диск
Давайте представим, как это работает. Пользователь решил записать на SMR-диск какой-то файл. Система передала его на интерфейс, из которого он загрузился в буфер диска. Здесь уже логика жесткого диска определила, на какую ленту (или на какие ленты) этот файл положить. Если лента до этого была пустая — прекрасно, значит просто кладем туда данные, и дело в шляпе. А вот если там уже что-то лежало, то диску предстоит целый набор нетривиальных действий: считать то, что уже лежит на ленте; загрузить считанное в буфер; объединить с тем, что добавляется на ленту; положить весь кусок (старое и новое) туда, куда требуется. Если же укладываются не последовательно большие порции данных, то процесс может реально занимать немало времени — именно поэтому у SMR-дисков большой объем буферного ОЗУ. Хоть как-то процесс ускорить.
При последовательной записи картина обратная. На скриншоте ниже показана запись 2 Тбайт данных на SMR-диск с интерфейсом USB 3.0 производства Western Digital емкостью 4 Тбайт. Как видим, скорость весьма приличная, хотя и не максимальная. Если бы пересылались большие файлы (в нашем примере идет передача огромного количества фотографий), скорость записи была бы еще больше.
Копирование 2 ТБайт данных на внешний накопитель (SMR, 4 Tбайт, Western Digital) с интерфейсом USB 3.0
Возникает вопрос: а как тогда работает такой диск, если требуется многократная перезапись небольших файлов в разных местах диска, ведь получается, что диску предстоит перелопатить кучу лент и это, естественно, займет немало времени?
Да, это сложная задача, с которой программисты прошивок SMR-дисков постарались справиться двумя способами. Первый — это наличие у диска стандартных PMR-областей, а второй — введение в микропрограмму фоновых процессов реорганизации лент, сходных с обычной дефрагментацией (собственно, в микропрограмме она так и называется — фоновая дефрагментация).
PMR-области используются в тех случаях, когда буферное ОЗУ переполняется, и требуется быстро освободить его под новые очереди задач; также эти области используются для процессов фоновой дефрагментации.
Фоновая дефрагментация: корень всех зол или благо?
Теперь немного подробнее о самой дефрагментации. В те моменты, когда SMR-диск не имеет задач от операционной системы, микропрограмма автоматически запускает процессы реорганизации лент. Диск сканирует ленты, определяет, где данные следует перенести для оптимизации скорости чтения, и производит перенос: считывается вся лента (или несколько лент), выкладывается в буфер (и дублируется на другой части диска, в SMR- или PMR-области), затем данные переставляются в нужном порядке, лишнее удаляется, и лента (или ленты) кладется обратно. И так в цикле, пока не будет реорганизован весь массив данных.
Соответственно, чем больше на диске данных (и чем больше их было записано недавно и, соответственно, беспорядочно), тем больше диску требуется времени на фоновую дефрагментацию. Поскольку довольно часто сейчас SMR-диски используются во внешних накопителях, может возникнуть ситуация, когда ваш внешний диск начинает жутко «тормозить». Если при этом он не издает посторонних звуков, не был замечен в падениях или ударах и является относительно свежекупленным, мы рекомендуем подождать. Почти наверняка в нем идут фоновые процессы реорганизации информации, и через некоторое время диск завершит их и перейдет в нормальный режим работы. Если же вы будете пытаться в это время записать в него новые данные, то это просто приведет к значительной потере времени: данные вы, конечно, запишете. Но заметно дольше, чем могли бы.
Логика работы SMR-дисков. Двойной транслятор, шифрование и TRIM
Логика SMR-диска устроена по-другому, не как PMR-диск. Если в стандартных PMR-дисках имеется только одна система трансляции (физическая адресация сектор — трек — головка в логическую адресацию LBA), то у SMR-дисков систем трансляции две. Это классический транслятор «сектор — трек -головка в LBA» и новый транслятор «сектор — трек — головка в ленте», причем оба этих транслятора взаимосвязаны. Потеря любого из них приведет к полной потере данных (на этом, кстати, построены технологии «быстрого стирания» SMR-дисков — обнуляем один из трансляторов и все, данных нет). Восстановление будет возможно лишь в том случае, если получится восстановить утерянный транслятор. Это уже задача для компаний по восстановлению информации, на текущий момент — достаточно сложная и дорогостоящая.
Кроме того, не стоит забывать и про шифрование. Оно уже давно и прочно обосновалось в устройствах хранения информации — ну а в SMR-дисках его использование время от времени преподносит пользователям своеобразные и далеко не всегда приятные сюрпризы.
Третья особенность SMR-дисков — TRIM. Гораздо проще и быстрее не перестраивать структуру лент, если это не требуется, а менять транслятор: удалили данные — ленты помечаются как пустые, и, соответственно, при запросе данных возвращают заполненные нулями сектора. Это, с одной стороны, удобно. А с другой — даже простой логический заказ (удаленные данные) после отработки TRIM может оказаться уже сложным, с необходимостью поднимать транслятор диска и извлекать данные из помеченных как очищенные лент. Поэтому прежде чем удалять информацию с SMR-диска — убедитесь, что эти данные вам больше не нужны. Иначе можно серьезно пострадать.
И как все это использовать?
Вполне закономерный вопрос, между прочим. Если вы дочитали до этого места, то уже поняли: SMR-диски очевидно лучше использовать под определенные задачи — по крайней мере, пока технология не обкатается и не будут решены описанные выше сложности. Ведь не спроста производители вдруг начали делить диски по типу использования: Survellance (для систем видеонаблюдения, то есть — для непрерывной потоковой записи), NAS (для дисковых массивов, то есть — для постоянной случайной записи и чтения), Gaming (для игр, то есть — для быстрого чтения больших объемов данных и предчтения их в буфер), Computing (для обычных персональных компьютеров, то есть — для стандартного повседневного использования).
Выбирая диск, обращайте внимание на его назначение, и покупайте именно такой, который максимально отвечает планируемому его использованию. Микропрограммы и физическая организация дисков могут оказаться (и обычно оказываются) оптимизированы под целевое использование, и диск для систем видеонаблюдения может оказаться совсем не подходящим для использования в бытовом компьютере.
В целом можно констатировать, что на текущий момент наиболее оптимально использовать SMR-диски в задачах, где производится последовательная запись и стирание данных — особенно больших объемов. С такими задачами в силу механизмов функционирования эти диски будут справляться намного лучше и быстрее PMR-дисков. Например, диски в системах видеонаблюдения, архивирования данных (системы резервного копирования, которые записывают резервную копию в виде одного файла), внешние накопители для хранения информации, и т.п. SMR-диски нежелательно использовать под установку операционной системы, под работу ПО (особенно, связанную с многочисленными постоянными переносами данных — например, в системах видеомонтажа или верстки документов типографского качества) и пр. Для этих задач мы рекомендуем или SSD, или HDD в традиционном PMR-исполнении.
В первой части этой статьи мы поговорили о том, какими положительными и отрицательными качествами обладают твердотельные диски, и пришли к выводу, что эти диски, не смотря на все еще относительно высокую цену, являются достойной заменой жестким дискам.
Во второй части этой статьи мы предлагаем конкретные примеры модернизации компьютеров с использованием SSD. Это наш личный опыт, поэтому рекомендации не являются голым теоретизированием, а подкреплены практикой.
Итак, поехали.
Lenovo B570e
Ноутбук, скажем так, далеко не первой свежести. Исходная конфигурация: HDD 1 TB Hitachi, ОЗУ 2 Гбайт DDR3, процессор Core i3-2350M 2,3 GHz; видеоподсистема представлена двумя графическими ядрами: встроенное в чипсет Intel HM65, а также «внешняя» видеокарта NVidia N12M (1 Гбайт памяти). Возраст устройства: около 10 лет.
Как мы можем видеть из приведенной конфигурации, у этого мобильного компьютера имеется три слабых места: процессор, ОЗУ и жесткий диск. Предустановленная операционная система (Windows 7 Home) в оригинальной конфигурации загружается 44 секунды. Для открытия ресурсоемкого приложения Adobe Photoshop CC требуется 32 секунды. Компьютер можно охарактеризовать одним словом: тормоз.
Lenovo B570E: заменяемые узлы
C учетом того, что материнская плата ноутбука не поддерживает процессоры старше Core i5-2520, не сильно отличающийся от установленного Core i3-2350 (фактически отличия лишь в том, что процессор пятого поколения может быть сильнее разогнан, чем процессор третьего; ну и, естественно, другой производственный процесс), модернизировать процессор не требуется.
Таким образом, требуется замена жесткого диска на твердотельный и наращивание ОЗУ. Владелец ноутбука очень требователен к количеству свободного места на своих дисках — твердотельный диск необходимой емкости превышает по стоимости сам ноутбук, поэтому в дисковую подсистему было принято решение добавить дополнительный жесткий диск, подключенный вместо оптического привода.
Модули памяти для ноутбука Lenovo B570e, общий объем 16 Гбайт
Итак, что у нас получилось. Вместо модуля памяти SODIMM DDR3 2 GB было установлено 2 модуля памяти SODIMM DDR3 8 GB, суммарный объем ОЗУ увеличен с 2 Гбайт до 16. Стоимость двух модулей памяти составила 60 долларов США.
Вместо жесткого диска HDD Hitachi 1 TB был установлен SSD ADATA SU-800 емкостью 512 Гбайт; вместо оптиеского привода был установлен second caddy, в который смонтирован жесткий диск Seagate Mobile HDD емкостью 2 Тбайт. Суммарная емкость дисковой подсистемы увеличена с 1 Тбайт до 2,5 Тбайт. Стоимость составила: SSD — 65 долларов США, second caddy — 9 долларов США, HDD — 80 долларов США. Итоговая сумма, потребовавшаяся на модернизацию устройства: 214 долларов США.
Second caddy и диск Seagate Mobile HDD 2 TB, установленные в ноутбук Lenovo B570e.
Довольно солидная сумма, но то мы в итоге получили?
Загрузка операционной системы Windows 7 Home: 5 секунд (против 44 в исходной конфигурации). Загрузка ПО Adobe Photoshop CC: 3 секунды (против 32 в исходной конфигурации). Прирост производительности, как мы видим, примерно в 10 (ДЕСЯТЬ!!!) раз.
Стоит ли такой прирост производительности этих расходов? Бесспорно. Работа без тормозов на этом ноутбуке теперь совершенно точно обеспечена.
HP Pavilion 15-e057sr
Также, как и предыдущий пример — довольно старый ноутбук, произведен в 2015 году. Конфигурация несколько лучше, чем у предыдущего: HDD 1 TB Samsung, ОЗУ 6 Гбайт DDR3, процессор Core i5-3230M 2,6 GHz; видеоподсистема представлена двумя графическими ядрами: встроенное в чипсет Intel HM76, а также «внешняя» видеокарта AMD Radeon HD 8670M (1 Гбайт памяти).
Очевидно, что с процессором в данном устройстве пока еще все более-менее хорошо; объем ОЗУ также вполне удовлетворительный. Однако скорость загрузки операционной системы (Windows 8.1 x64 Professional) составляет 29 секунд, а скорость запуска приложения Adobe Photoshop CC — 20 секунд. Результаты намного лучше, чем в исходной конфигурации предыдущего устройства, однако, как мы понимаем, могут быть заметно улучшены.
Модернизируемые узлы ноутбука HP Pavilion 15-e57sr
Принято решение модернизировать объем ОЗУ (в этом ноутбуке ОЗУ организовано в виде двух слотов SODIMM DDR3; в заводской конфигурации поставляется с двумя предустановленными планками SODIMM: 4 GB и 2 GB). Вместо планки на 2 Гбайт мы установим планку 4 Гбайт. Большого прироста производительности это не даст, но все же…
Жесткий диск будет меняться на SSD Samsung 850 EVO емкостью 256 Гбайт. Для устройства не требуется большой объем дискового пространства, поэтому данный объем является оптимальным и для функционирования операционной системы и установленных приложений, и для хранения некоторого объема необходимых данных (после установки ОС и ПО на диске остается не менее 150 Гбайт свободного места, которое можно использовать).
Модули SODIMM DDR3 для ноутбука HP Pavilion 15-e057sr
Итоговая сумма за модернизацию: SODIMM DDR3 4 GB — 30 долларов США, SSD — 70 долларов США; вся модернизация обошлась в 100 долларов США. Насколько мы выиграли при этом в производительности?
Загрузка операционной системы — 5 секунд. Загрузка ПО Adobe Photoshop CC — 3 секунды. Среднее увеличение производительности относительно исходной конфигурации минимум в 5 раз — солидный показатель, не так ли? За 100 долларов США получить компьютер в 5 раз быстрее старого — это более чем приятно.
Выводы
Очевидно, что самый главный вывод из этого материала будет очень простым: замена НЖМД на SSD в мобильном компьютере приводит к увеличению его производительности в разы, а если заменить не только жесткий диск, но еще и нарастить ОЗУ, то производительность может увеличиться на порядок.
Очевидно, что такой прирост производительности стоит всех вложенных в него денег до последнего цента.
Второй вывод: настало время для модернизаций. Стоимость SSD заметно снизилась, и теперь ваше до этого довольно медлительное устройство на жестком диске может обрести высокую скорость работы, при этом объем инвестиций не будет критически большим.
Рекомендации
Для того, чтобы провести модернизацию вашего ноутбука, вам нужно знать его характеристики: какой тип накопителя в нем установлен, поддерживает ли BIOS компьютера интерфейс AHCI (одна из важнейших характеристик интерфейса AHCI — MultiQueue, или многопоточная очередь задач, позволяющая использовать SSD в несколько потоков — за счет чего, собственно, и увеличивается производительность), какая в нем стоит ОЗУ, и пр. Если вы не уверены в том, что обладаете корректной информацией — вы всегда можете уточнить ее на сайте производителя или позвонить нам для бесплатной консультации.
Как вы уже поняли, для того, чтобы SSD функционировал на полную мощность, AHCI должен быть включен. Это легко можно сделать в BIOS устройства.
Наконец, последняя рекомендация. Если вы держите на своем ноутбуке важную информацию, приобретите внешний накопитель для резервного копирования или настройте облако (с теми же целями). А в идеале пусть у вас будет и то, и другое.
Следите за новостями — скоро будет опубликована третья часть этой статьи, в которой мы расскажем о том, как модернизировать настольный компьютер.
Чуть больше 10 лет назад, когда первые твердотельные диски (SSD: solid state drive) появились в массовом использовании (сначала в 2007 году в нетбуке Asus EEE PC-701, а затем в 2008 году корейская компания Mtron Storage Technology выпускает SSD уже как отдельное устройство), им прочили великое будущее. И, как мы можем видеть сейчас, не ошиблись.
Преимущества SSD
Как устройства хранения информации (или, по классической схеме компьютера фон Неймана, запоминающее устройство (память)), твердотельные диски обладают перед жесткими дисками (HDD — hard disk drive) рядом преимуществ, а именно: высокая производительность, высокая устойчивость к физическим воздействиям, бесшумность, низкое энергопотребление и, соответственно, небольшой нагрев во время работы.
Высокая производительность.
Узкое место любого жесткого диска — система считывания и записи информации. Это головка чтения-записи. Увеличение производительности этой подсистемы возможно тремя способами: уменьшение времени поиска (или времени позиционирования на треке/секторе) программными и аппаратными средствами; увеличение скорости вращения шпиндельного двигателя для уменьшения времени поиска; установка нескольких независимых актуаторов для того, чтобы в процессе поиска данных участвовала не одна, а несколько головок. Первые два способа повышения производительности жесткого диска фактически исчерпаны, третий — пока находится на стадии разработок и тестирования; хотя он был анонсирован довольно давно, коммерческих моделей жестких дисков с двойным актуатором в продаже пока не появилось.
Таким образом, производительность жесткого диска ограничена пропускной способностью и производительностью головок чтения-записи, практически уже достигшей предела.
Твердотельные диски, в отличие от жестких, не имеют таких ограничений. Доступ к данным может быть организован (и организуется) в несколько независимых потоков. Фактически для SSD в SATA-исполнении верхней границей производительности является максимальная пропускная способность SATA-интерфейса (для SATA-3 это 6000 Mbit/s), для SSD, подключаемых на шину PCI Express — это максимальная пропускная способность PCIe (для наиболее распространенного на текущий момент PCIe x4 — 7,88 Гбайт/с; для наиболее быстрого на данный момент PCIe x16 — 63 Гбайт/с). Это совершенно фантастчиеские цифры для дисковой подсистемы.
Высокая устойчивость к физическим воздействиям
Жесткие диски — достаточно хрупкие устройства. Очень часто достаточно небольшого физического воздействия (легкий удар, падение с небольшой высоты и т.п.), чтобы жесткий диск перестал нормально функционировать. Более того — в результате такого воздействия можно полностью потерять доступ к данным, довольно часто — необратимо. Причина — выход из строя магнитных головок и/или повреждение поверхности. Продаваемые сейчас в массе внешние жесткие диски на базе 2.5-дюймовых НЖМД, хотя и позиционируются как противоударные, также не лишены этого недостатка.
Твердотельный диск, поскольку не имеет в своей конструкции движущихся частей, может выдерживать серьезные физические воздействия. Это послужило основанием для того, чтобы заменить в «черных ящиках» самолетов магнитную ленту или проволоку на SSD-диски. Таким образом, твердотельному диску не страшно то, что может полностью уничтожить жесткий диск. В целом, физическая устойчивость твердотельного диска практически полностью зависит от его корпуса: чем крепче корпус, тем более устойчив диск.
Бесшумность
В твердотельном накопителе, в отличие от жесткого диска, нет движущихся частей — следовательно, нечему издавать звуки. В отличие от традиционных жестких дисков, SSD работают абсолютно бесшумно.
Наиболее важным это свойство видится нам в ключе построения систем хранения данных (дисковых массивов и data-серверов). Если современный дисковый массив на базе SAS-накопителей производит много шума (шумят вентиляторы охлаждения и сами диски), то такой же массив на базе SSD будет намного тише, так как шум будет производить только система охлаждения.
Низкое энергопотребление
Жесткие диски для настольных ПК (даже произведенные в последние годы) имеют довольно высокие показатели энергопотребления: в зависимости от режима работы и того, куда они установлены, они могут потреблять до 25 — 30 Ватт электроэнергии. Диски для портативных компьютеров потребляют ощутимо меньше, но все же их среднее энергопотребление составляет 4 — 5 Ватт.
Твердотельные диски в этом плане намного выгоднее — их энергоэффективность минимум в 3 раза лучше, чем у НЖМД форм-фактора 2.5′, и примерно в 15 раз лучше, чем у 3,5′ дисков.
Низкие значения нагрева во время работы
Очевидно, что при низком энергопотреблении уменьшается и тепловыделение, а, следовательно, и нагрев. Это особенно важно в замкнутых системах (портативных компьютерах, планшетах, трансформерах и пр.). Нагрев — это бессмысленное рассеивание энергии, соответственно, чем он меньше, тем более энергоэффективным является устройство.
Недостатки SSD
К сожалению, устройств без недостатков не бывает. Не лишены недостатков и твердотельные диски. Это: относительно высокая цена и ограниченный ресурс.
Цена SSD
За то время, что твердотельные накопители эволюционировали, их стоимость, естественно, падала — и продолжает падать до сих пор. В некоторых случаях стоимость SSD уже всего лишь в 2 раза выше стоимостью HDD той же емкости. Например, SSD Crucial емкостью 480 Гбайт стоит в среднем 55 долларов США; жесткий диск аналогичной емкости стоит около 30 долларов США. SSD некоторых производителей (SmartBuy, KingSpec и пр.) могут стоить почти столько же, сколько и жесткий диск аналогичной емкости (однако они заметно проигрывают в производительности и надежности более известным брэндам).
Между тем не стоит сравнивать жесткие диски с твердотельными из нижнего ценового диапазона, так как в нем находятся не самые надежные и производительные устройства. Давайте сравним жесткие диски известного производителя (например, Western Digital) и твердотельные диски известного бренда (скажем, Samsung).
Стоимость жесткого диска WD Slim емкостью 500 Гбайт составляет 35 долларов США, диск для настольного компьютера WD Survellance емкостью 1 Тбайт стоит 42 доллара США. SSD Samsung аналогичной емкости будут стоить 120 и 200 долларов США соответственно — то есть примерно в 4 — 5 раз дороже. Согласитесь, это серьезный недостаток.
Ресурс твердотельного диска
Это, пожалуй, основной недостаток SSD, не позволяющий на текущий момент безоговорочно доверять этим устройствам.
Как известно, существует определенное значение циклов перезаписи, на которое рассчитан твердотельный диск. Для современной MLC-памяти это значение в среднем составляет 3000. В грубейшем приближении это означает, что мы можем полностью переписать SSD 3 тысячи раз, после чего его ресурс будет выработан. На практике все намного сложнее, и диск выходит из строя раньше окончания этого цикла. Проблема в том, что операционная система использует часть пространства диска весьма интенсивно — например, ядро ОС, файл подкачки, сброшенные на диск части буферной памяти и пр. Это приводит к критическому износу небольшой части поверхности. Пока у диска есть резервные сектора, это не страшно, однако после их окончания диск начинает, что называется, «сыпаться», и в итоге выходит из строя.
Не будем голословными, а обратимся к исследованиям серьезных организаций.
Компания Google совместно с университетом Торонто провели исследование используемых в их серверах SSD и пришли к выводу, что чем старше твердотельный диск, тем больше он содержит ошибок. Вывод вполне естественный: с возрастом изнашивается любое устройство, причем для части из них совсем не обязательно при этом работать (например, от долгого стояния приходят в негодность резиновые части автомобиля).
Гораздо более интересным в этом ключе выглядит исследование журнала Tech Report о том, насколько в действительности хватает ресурса SSD на прямую перезапись данных. Журналом были выбраны диски только известных брендов, и заголовок статьи, в которой опубликовано исследование, говорит сам за себя: They’re all dead (они все мертвы). Тестировались диски емкостью 250 Гбайт, только половина из которых выдержала запись 1000 терабайт данных; другая половина вышла из строя при записи от 700 до 900 Тбайт. Может показаться, что это огромные цифры, однако только в процессе работы со swap-файлом операционная система ежедневно переписывает гигабайты (а в случае с компьютерными играми — десятки и даже сотни гигабайт) данных — из этого и складывается износ.
Выводы из первой части
Какие следует сделать выводы из всего, сказанного выше?
Первый, и самый главный, вывод: технический прогресс идет вперед, и очень скоро стоимость твердотельного диска сравняется со стоимостью жесткого. Я помню времена примерно 10 лет назад, когда SSD OCZ на 256 Гбайт стоил 750 евро; сейчас даже Samsung такой же емкости стоит уже 60 — 70 долларов, то есть цена за 10 лет упала более чем в 10 раз. Это хорошая тенденция, настраивающая на то, что пора подумать о постоянном использовании твердотельных накопителей.
Второй вывод: не смотря на все минусы, твердотельные диски выгодно отличает высокая производительность, низкое энергопотребление и теплоотдача. Кроме того, эти диски устойчивы к физическим воздействиям.
Ну и вывод третий. Во второй части этой статьи я расскажу вам, как организовать использование твердотельного диска в вашем компьютере и обезопасить себя от потенциальной потери данных.
В 2007 г. корпорацией Seagate были представлены Self Encrypting Drives (самошифрующиеся диски). Позже эта технология была имплементирована и в диски других производителей (Western Digital, Toshiba, HGST и т.п.). Большинство твердотельных накопителей (если не все) также являются самошифрующимися.
Суть технологии достаточно проста. В схему обработки данных устройства встраивается аппаратный модуль шифрования, отвечающий за зашифровывание и расшифровывание данных на лету. В качестве стандарта шифрования используется AES c длиной ключа 128 или 256 бит.
Основной функцией SED является моментальное стирание диска по команде извне. Если для стирания данных ранее требовалось записать в каждый сектор определенные данные, то теперь достаточно просто изменить ключ шифрования. Данные, которые были на диске, уже не получится прочитать, ведь они будут аппаратно дешифровываться жестким диском уже с новым ключем. Соответственно, на выходе будут получаться не работающие файлы, а бессмысленный набор байт.
Казалось бы, вот она — надежная схема! Открытый ключ лежит на поверхности диска, но он зашифрован. В открытом виде он появляется только в аппаратной части диска (в той самой шифрующей микросхеме) — следовательно, его невозможно ни перехватить, ни подсмотреть. Однако, как оказалось, это не так.
Сначала компания АСЕ Lab, а потом и другие компании, выпускающие ПО и ПАК для восстановления данных, научились вытаскивать ключи шифрования из служебной или пользовательской зон жесткого диска. SED-шифрование накопителей Western Digital и Seagate перестало быть трудной задачей восстановления информации.
Тогда производители жестких дисков пошли дальше. Они заблокировали доступ к служебной области, где хранятся ключи шифрования. Некоторое время извлечение данных с таких накопителей представляло проблему — но, в итоге, и это было решено, и решение появилось в продуктах для восстановления информации.
Заметим, что до текущего года данные с самошифруемых дисков можно было восстановить и с использованием чужой (донорской) платы электроники. Скажем, часто для дисков, имеющих распаянный на плате электроники USB-разъем, подбиралась совместимая SATA-плата.
Очевидно, что производители HDD не могли мириться с тем, что их технология SED, позиционировавшаяся как очень надежная (АНБ США даже признало AES с длиной ключа 128 — 256 бит достаточной для защиты государственной тайны уровней secret и top secret). И вот этот момент, наконец, наступил.
Примерно с середины 2019 года жесткие диски, поддерживающие технологию SED (а это подавляющее большинство выпускаемых на рынок моделей), перешли на принципиально новый алгоритм обработки шифрования. Теперь ключ шифрования не будет работать на сторонней плате электроники. Ключи шифрования, что называется, намертво прибиваются гвоздями к уникальному ID микроконтроллера — без него расшифровать диск просто не получится, даже если удастся как-то достать ключи.
Это означает, что если у вас диск, произведенный с 2019 г., у которого активирована и работает функция самошифрования, выходит из строя, то восстановление с него информации будет возможно тогда и только тогда, когда сохранена его оригинальная плата электроники. Поставить «чужую» плату пока еще возможно — но лишь для того, чтобы получить доступ в служебную зону. Доступ к пользовательским данным может обеспечить только «родная» плата электроники — родной микроконтроллер. Если он по каким-либо причинам сгорел — данные на современном этапе развития технологий восстановления информации, увы, уже не восстановить.
Возможно, что в будущем будет решена и эта проблема — и скорее всего, так и будет. Однако сложность задачи очень высокая, и когда появится такое решение — никому неизвестно.
Поэтому мы дадим вам два простых совета.
Старайтесь запитывать ваш жесткий диск максимально аккуратно, чтобы не произошел электрический шок устройства.
Если ваш диск по каким-либо причинам вышел из строя, обращайтесь только к профессиональным специалистам, которые знают, что делать с самошифрующимися дисками нового поколения.
Потрясающая новость в области развития индустрии восстановления данных! Два продукта, занимающих лидирующее положение в этой области, объединились. Программное обеспечение UFS Explorer (R.Explorer в новой редакции) и PCIe-система восстановления данных и криминалистического анализа информации DeepSpar Disk Imager теперь могут работать совместно.
Эту информацию мы попросили прокомментировать Андрея Широбокова, президента компании DeepSpar (ACE Data Recovery Engineering) и автора одной из основополагающих технологий восстановления данных: 3D Data Recovery (3D: Disk restoration, Disk imaging, Data retrieval – восстановление работоспособности диска, клонирование восстановленного диска, извлечение данных из полученного клона).
Комментарий Андрея:
«UFS Explorer может работать с DeepSpar Imager (DDI) напрямую через локальную сеть, то есть он может найти DDI в сегменте сети и подключившись к нему может совершать все те же операции как и с обычным, подключенным напрямую, диском. В таком режиме DDI будет создавать посекторную копию анализируемого диска на лету, то есть, когда UFS Explorer читает блок с диска, DDI сначала клонирует этот блок с неисправного диска на исправный, а потом передает данные для анализа в UFS Explorer. Естественно, если этот блок уже был предварительно склонирован, то, он передается для анализа сразу с исправного диска.
UFS также работает с картами прочитанных секторов, то есть он знает, какие сектора прочитаны без ошибок, а какие сектора были прочитаны с ошибками, не прочитаны или пропущены при клонировании. На основании этих данных генерируется список поврежденных/целых файлов. Работа с картами поддерживается как через сетевое подключение к DDI, так и напрямую с подключенным к системе исправным диском с готовым образом, сделанным на DDI системе.
Но есть еще всякие мелочи. Ребята постоянно работают над поддержкой DDI, так что возможно в UFS Explorer еще что-то будет добавлено в ближайшее время.»
От себя скажу, что такие новости по уровню их значимости в индустрии восстановления данных – и особенно в области сложных восстановлений данных с дисковых массивов продвинутого и корпоративного уровней – являются очень важными. Принципиальное значение имеет связка «программное обеспечение – реализация в виде компьютерной платы расширения». Суть в том, что UFS Explorer поддерживает не только широко распространенные файловые системы, такие как NTFS или FAT, но и значительно менее распространенные, применяемые в основном в корпоративном сегменте, файловые системы: BTRFS, UFS, XFS и так далее. При этом UFS Explorer позволяет восстанавливать дисковые массивы, построенные на указанных выше и многих других файловых системах. Соединение возможностей UFS Explorer по извлечению данных из таких файловых систем и DeepSpar Disk Imager по созданию посекторных копий неисправных или частично исправных носителей превращает эту связку оборудования в мощнейший инструмент восстановления информации с дисковых массивов продвинутого и корпоративного уровней.
Довольно многие владельцы ноутбуков поначалу весьма почтительно обращаются со своими устройствами: аккуратно закрывают крышку, плавно поднимают и также плавно ставят лаптоп на стол, протирают его мягкой тряпочкой или специальной салфеткой, и т.д. Но со временем отношение к устройству меняется, и наступает тот момент, когда владелец уже настолько к нему привык, что начинает обращаться с ним весьма небрежно.
Наиболее часто встречающиеся случаи такой небрежности — захлопывание крышки ноутбука, швыряние ноутбука на мягкие поверхности (например, диван), установка ноутбука на поверхности, перекрывающие вентиляционные отверстия на днище.
Поговорим немного о резком захлопывании крышки лаптопа. Это действие, особенно, если в ноутбуке установлен жесткий диск, потенциально весьма опасно — особенно, если компьютер во время захлопывания работает. Многие устройства такого типа при закрывании уходят в состояние гибернации. Владелец устройства, зная от этом, просто закрывает крышку, уверенный в том, что устройство сразу же заснет. Однако сразу же устройство не засыпает.
Процесс гибернации — довольно сложная последовательность действий, одним из начальных этапов которого является сброс содержимого ОЗУ на диск. Вы, наверно, замечали — когда вы закрываете крышку лаптопа, он отключается не сразу, а еще несколько секунд шумит вентиляторами и шевелит головками жесткого диска. Чем больше у вас было открыто окон, тем дольше будет скидываться содержимое ОЗУ на диск.
Вот тут-то и поджидает тот самый коварный случай. Закрывая крышку ноутбука, вы инициируете начало сбрасывания содержимого оперативной памяти на диск. А если вы хлопаете крышкой, то диск получает ощутимый удар — и при этом он что-то записывает! То есть он получает физический шок во время работы. А это неизбежно означает повреждения внутри гермоблока.
На фото внизу я привожу пример диска, которому хорошо досталось сверху при ударе крышкой ноутбука. Для сравнения — две фотографии аналогичного диска без таких повреждений.
На верхних двух фото — живой и здоровый диск. никаких повреждений. Диск, понятное дело, работает прекрасно.
На нижних двух фото — диск с повреждениями. Удар сверху был настолько сильным, что крышку диска вдавило внутрь. Она начала соприкасаться с крепежной шайбой шпинделя. Это хорошо видно по запилам на крепежной шайбе и крышке диска.
Вы скажете — ну и что? Поверхности-то целые, да и головки тоже.
Если вы действительно так думаете, то ответьте на простой вопрос: а куда в герметически закрытом корпусе девались все эти металлические опилки? Ответ прост: полетели лупить по поверхностям, по головкам. И чем дольше работает диск с такими повреждениями — тем больше достается поверхностям и головкам. Диск сначала начнет тормозить, на нем вдруг появятся дефекты. Ну а потом он просто откажется работать.
Наша рекомендация предельно проста: пользование ноутбуками, оснащенными жесткими дисками, должно быть максимально аккуратным. Старайтесь не подвергать их физическим воздействиям.
Кстати, если очень сильно бить по клавиатуре при наборе текста, можно тоже спровоцировать проблемы с жестким диском. Но такое случается намного реже, чем при сильных хлопках крышкой.
Крышка жесткого диска (вид изнутри), не подвергавшегося удару
