簡(jiǎn)述硬盤(pán)保護(hù)技術(shù)

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無(wú)論硬盤(pán)朝著哪一個(gè)方向發(fā)展，數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)和抗震技術(shù)只會(huì)變得越來(lái)越重要，各個(gè)廠商將在此投入更多的精力。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬盤(pán)無(wú)疑是最脆弱的部件，在所有的故障中，來(lái)自硬盤(pán)故障的比例最高，這在很大程度上與硬盤(pán)的先天脆弱性有關(guān)。加之硬盤(pán)存儲(chǔ)著的數(shù)據(jù)往往十分關(guān)鍵，因此不管對(duì)何種類型的硬盤(pán)產(chǎn)品，可靠性高于一切，而性能、容量等人們最為重視的指標(biāo)也只能靠邊站。在進(jìn)入2000年之后，各個(gè)硬盤(pán)廠商充分意識(shí)到可靠性的重要性，遂不斷發(fā)展出針對(duì)桌面硬盤(pán)的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)和防震技術(shù)，以此來(lái)提高數(shù)據(jù)的安全性和硬盤(pán)可靠性，同時(shí)也提升了自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。在這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)賽中，邁拓、IBM、希捷、西部數(shù)據(jù)都先后加盟，衍生出諸如Maxsafe/ShockBlock（邁拓）、3D Defense System（希捷）、Data Lifeguard（西部數(shù)據(jù)）在內(nèi)的大批優(yōu)秀技術(shù)，這些技術(shù)的引入讓硬盤(pán)的可靠性獲得根本改觀，同時(shí)也為后來(lái)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。大約在2003年，2.5英寸筆記本硬盤(pán)成為新的熱點(diǎn)，除了日立（當(dāng)時(shí)已經(jīng)購(gòu)并IBM存儲(chǔ)部門(mén)）、東芝、富士通等該領(lǐng)域的傳統(tǒng)廠商外，希捷、西部數(shù)據(jù)、三星先后殺入。由于2.5英寸硬盤(pán)在應(yīng)用中更容易遭受震動(dòng)，對(duì)數(shù)據(jù)威脅極大，各大硬盤(pán)廠商紛紛在以往技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)性開(kāi)發(fā)出新的抗震技術(shù)，其中典型的代表者包括日立的“Femto Slider”飛米滑橇磁頭和ESP（Extra Sensory Protection）下落感應(yīng)技術(shù)、西部數(shù)據(jù)“Shock Guard”和“DuraStep Ramp”技術(shù)等等，這些技術(shù)在實(shí)用中同樣起到十分明顯的效果。

    在本文中，我們將向大家介紹各類硬盤(pán)抗震技術(shù)及其后來(lái)的發(fā)展，盡管其中的部分技術(shù)歷時(shí)多年不再新穎，但它們?nèi)匀辉诮裉斓挠脖P(pán)產(chǎn)品中發(fā)揮出重大的作用—倘若你適當(dāng)注意各硬盤(pán)廠商對(duì)新一代產(chǎn)品的介紹，很容易就能發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。

邁拓?cái)?shù)據(jù)保護(hù)和抗震技術(shù)

近兩年來(lái)，邁拓在硬盤(pán)領(lǐng)域聲勢(shì)大不如前，除了來(lái)自渠道方面的影響外，與技術(shù)發(fā)展相對(duì)遲緩、產(chǎn)品賣(mài)點(diǎn)缺乏有很大的關(guān)系，加之邁拓沒(méi)有進(jìn)入2.5英寸硬盤(pán)市場(chǎng)，讓外界感覺(jué)邁拓正在走下坡路。其實(shí)在2003年以前，邁拓一直保持快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，尤其是在2000年成功收購(gòu)昆騰公司的硬盤(pán)業(yè)務(wù)之后，邁拓的市場(chǎng)影響力與日俱增，無(wú)論產(chǎn)品還是技術(shù)上都一度領(lǐng)先對(duì)手。而在硬盤(pán)保護(hù)領(lǐng)域，邁拓在當(dāng)時(shí)拿出的就是名為MaxSafe和ShockBlock兩項(xiàng)技術(shù)—前者專門(mén)針對(duì)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)保護(hù)，確保數(shù)據(jù)在硬盤(pán)中的完整性；后者則致力于提升硬盤(pán)的抗震性能，提高硬盤(pán)的硬件可靠性。這兩項(xiàng)技術(shù)引入后便成為邁拓硬盤(pán)的看家法寶，直到現(xiàn)在，邁拓硬盤(pán)的宣傳中還有它們的身影。

MaxSafe數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)

在正常的讀寫(xiě)操作中，我們很少遇到磁盤(pán)數(shù)據(jù)出錯(cuò)的例子，但如果磁盤(pán)的健康狀況不佳，就很有可能產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。邁拓提出的MaxSafe數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)就是致力于解決這個(gè)問(wèn)題，它采用一套完善的檢測(cè)和恢復(fù)機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)的完整性，只要數(shù)據(jù)開(kāi)始寫(xiě)入硬盤(pán)，MaxSafe技術(shù)便開(kāi)始生效，對(duì)其提供保護(hù)。只要數(shù)據(jù)還存儲(chǔ)在硬盤(pán)中，MaxSafe技術(shù)的檢測(cè)與恢復(fù)動(dòng)作就會(huì)一直持續(xù)。實(shí)際上，MaxSafe技術(shù)由三項(xiàng)子技術(shù)聯(lián)合構(gòu)成，它們分別是背景磁區(qū)掃描、高級(jí)ECC校驗(yàn)和飛高寫(xiě)入偵測(cè)。

背景磁區(qū)掃描 如果用戶在啟動(dòng)電腦后沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作，MaxSafe就會(huì)利用這段閑暇的時(shí)間，自己從硬盤(pán)中讀取數(shù)據(jù)并用機(jī)載的ECC糾錯(cuò)碼進(jìn)行測(cè)試。如果找到不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，MaxSafe就會(huì)利用糾錯(cuò)碼工具對(duì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行修補(bǔ)，同時(shí)將修正后的數(shù)據(jù)重寫(xiě)到磁盤(pán)中問(wèn)題區(qū)域以外的地方，避免數(shù)據(jù)再度遭到意外的損壞—這就是MaxSafe系統(tǒng)中的“背景磁區(qū)掃描”技術(shù)。背景磁區(qū)掃描程序獨(dú)立于主機(jī)系統(tǒng)，用戶無(wú)需干預(yù)該功能便會(huì)自動(dòng)激活，同時(shí)不會(huì)對(duì)正常工作產(chǎn)生任何影響。

有必要提到的是，背景磁區(qū)掃描使用的ECC糾錯(cuò)功能一般只在數(shù)據(jù)讀寫(xiě)或傳輸過(guò)程中才發(fā)揮作用，而MaxSafe可以在硬盤(pán)未處于工作狀態(tài)時(shí)也使用ECC功能來(lái)掃描存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)完整無(wú)憂。高級(jí)ECC校驗(yàn) 背景磁區(qū)掃描依賴于ECC校驗(yàn)，而校驗(yàn)采用的算法和糾錯(cuò)碼就關(guān)系到實(shí)際掃描的效果。我們知道，ECC（Error Correction Code，糾錯(cuò)碼）校驗(yàn)技術(shù)被廣泛用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸場(chǎng)合，可起到檢查數(shù)據(jù)正確與否的作用。在數(shù)據(jù)串傳輸過(guò)程中，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)一套特定的算法生成相應(yīng)的字符，并將它附加在原始的數(shù)據(jù)上，起到糾錯(cuò)碼的作用。這些糾錯(cuò)碼在傳輸過(guò)程中會(huì)得到解碼和檢驗(yàn)，以核實(shí)數(shù)據(jù)是否在傳輸過(guò)程中發(fā)生改變。如果檢測(cè)結(jié)果與初始數(shù)據(jù)相同，就說(shuō)明正操作的數(shù)據(jù)是正確，否則就說(shuō)明數(shù)據(jù)在操作過(guò)程中出錯(cuò)，系統(tǒng)會(huì)使用這些糾錯(cuò)代碼對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)位進(jìn)行修補(bǔ)。

而在MaxSafe系統(tǒng)中，邁拓提供了比普通ECC更為強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正能力，它在每512字節(jié)數(shù)據(jù)中添加了430位糾錯(cuò)碼，數(shù)量比常規(guī)做法整整多了一倍—糾錯(cuò)碼數(shù)量越多，其檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的能力也就越強(qiáng)，能夠更好地保證數(shù)據(jù)的完整性。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，MaxSafe技術(shù)在每讀寫(xiě)單位字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，出現(xiàn)誤糾正的字節(jié)數(shù)是1/1020個(gè)—這相當(dāng)于你每秒從硬盤(pán)里隨機(jī)連續(xù)讀取250KB的數(shù)據(jù)，每天讀取24小時(shí)，MaxSafe技術(shù)出現(xiàn)糾錯(cuò)失誤的概率是平均每150萬(wàn)年發(fā)生一次。

飛高寫(xiě)入偵測(cè) 我們知道，硬盤(pán)在工作狀態(tài)下磁頭會(huì)自動(dòng)浮起，升高到一定的高度，這個(gè)高度一般是百萬(wàn)分之一英寸。在數(shù)據(jù)操作時(shí)磁頭必須維持這個(gè)飛行高度，如果磁頭瞬時(shí)飛行高度太高，數(shù)據(jù)就可能無(wú)法正確寫(xiě)入磁盤(pán)，如果高度太低，硬盤(pán)受震動(dòng)時(shí)磁頭極易與盤(pán)片接觸，導(dǎo)致出現(xiàn)災(zāi)難性的后果。而要做到始終都精確地保持在百萬(wàn)分之一英寸的高度顯然不易，但是MaxSafe系統(tǒng)的飛高寫(xiě)入偵測(cè)技術(shù)就可以最大限度做到這一點(diǎn)：它在每次數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)都自動(dòng)監(jiān)測(cè)磁頭的飛行高度，如果高度超出理想范圍則被記錄下來(lái)，MaxSafe技術(shù)會(huì)主動(dòng)采取補(bǔ)救行為以確保數(shù)據(jù)能夠被安全寫(xiě)入。

圖1 MaxSafe技術(shù)可以在數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)偵測(cè)到磁頭的飛行高度，并采取主動(dòng)措施以確保數(shù)據(jù)安全。

ShockBlock抗震技術(shù)

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，硬盤(pán)在關(guān)閉電源后磁頭必須停止在一個(gè)特定的區(qū)域，該區(qū)域也被稱為硬盤(pán)的“著陸區(qū)”。由于著陸區(qū)沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，磁頭與之接觸當(dāng)然也就不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)造成損壞。磁頭的磁臂為一個(gè)彈性的鋼質(zhì)固件，一旦磁頭受震動(dòng)偏離該位置，磁臂的彈力也會(huì)把磁頭自動(dòng)彈回。但即便如此，可能造成損害的超常規(guī)震動(dòng)沖擊隨時(shí)都會(huì)發(fā)生，比如說(shuō)工人在安裝過(guò)程中動(dòng)作粗魯、運(yùn)輸過(guò)程中受到顛簸，甚至用螺絲刀敲擊硬盤(pán)時(shí)略微用力帶來(lái)的瞬間沖擊都可能把磁頭震離“著陸區(qū)”，造成磁盤(pán)介質(zhì)上的碎屑脫落。即便損害位置是在無(wú)關(guān)緊要的位置，但產(chǎn)生的碎屑無(wú)疑會(huì)成為可怕的安全隱患。

針對(duì)這一問(wèn)題，邁拓拿出了ShockBlock防震技術(shù)，該技術(shù)從兩個(gè)角度來(lái)降低震動(dòng)造成的傷害：第一，通過(guò)增強(qiáng)磁頭磁盤(pán)組件的緊密度來(lái)減弱磁頭受到的震動(dòng)載入。邁拓對(duì)硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使得磁頭磁盤(pán)組件（HDA）比先前方案在緊密度上提高25%，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是硬盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更緊湊。這種設(shè)計(jì)可有效減輕硬盤(pán)受震動(dòng)的形變程度，避免磁頭撞擊盤(pán)片事件的發(fā)生。而如果盤(pán)體結(jié)構(gòu)比較松散，當(dāng)外界震動(dòng)傳導(dǎo)到硬盤(pán)時(shí)，震動(dòng)能量很容易被傳導(dǎo)給磁頭組件，從而造成災(zāi)難性的后果。邁拓提出的ShockBlock技術(shù)對(duì)硬盤(pán)的抗震性進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度降低了外部震動(dòng)的傳導(dǎo)性，從而明顯提升了產(chǎn)品的可靠性。第二，ShockBlock技術(shù)將磁頭重量適當(dāng)減輕，使其受震移位的可能性降至最低。據(jù)悉，邁拓新設(shè)計(jì)的磁頭比以前的磁頭在重量上減輕了40%。此舉的效果非常明顯，因?yàn)橐尨蓬^從“著陸區(qū)”移開(kāi)，就需要有足夠大的力量同磁臂的彈力相抵抗，由于磁頭重量減輕了40％，受到同等震動(dòng)時(shí)磁頭對(duì)磁臂支架產(chǎn)生的推力就只有以前的60%，由于力量減小，磁頭位置偏移的可能性就被大大降低，硬盤(pán)的抗震性能獲得顯著提高。

MaxSafe技術(shù)與ShockBlock技術(shù)引入之后，起到良好的效果，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)邁拓都將這兩項(xiàng)技術(shù)作為主要的宣傳賣(mài)點(diǎn)，也正是在那個(gè)時(shí)期，邁拓硬盤(pán)贏得極好的口碑。乃至到今天，MaxSafe與ShockBlock技術(shù)還被邁拓廣泛采用。另一方面，邁拓收購(gòu)昆騰硬盤(pán)業(yè)務(wù)后也獲得了昆騰的DPS（Data Protection System）和SPS（Shock Protection System）硬盤(pán)保護(hù)技術(shù)，這兩者也被邁拓繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大。

圖2 足夠強(qiáng)烈的外部沖擊會(huì)使硬盤(pán)的磁頭發(fā)生振動(dòng)，并與盤(pán)片發(fā)生拍擊，產(chǎn)生致命的微小碎屑。

圖3 ShockBlock技術(shù)讓磁頭重量減輕了40%——磁頭重量較輕，受震時(shí)對(duì)磁臂的推力就小，磁頭移位的可能性降低。