簡述硬盤保護技術(shù)

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無論硬盤朝著哪一個方向發(fā)展，數(shù)據(jù)保護技術(shù)和抗震技術(shù)只會變得越來越重要，各個廠商將在此投入更多的精力。

在計算機系統(tǒng)中，硬盤無疑是最脆弱的部件，在所有的故障中，來自硬盤故障的比例最高，這在很大程度上與硬盤的先天脆弱性有關(guān)。加之硬盤存儲著的數(shù)據(jù)往往十分關(guān)鍵，因此不管對何種類型的硬盤產(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。在進入2000年之后，各個硬盤廠商充分意識到可靠性的重要性，遂不斷發(fā)展出針對桌面硬盤的數(shù)據(jù)保護技術(shù)和防震技術(shù)，以此來提高數(shù)據(jù)的安全性和硬盤可靠性，同時也提升了自身產(chǎn)品的競爭力。在這場技術(shù)競賽中，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)的引入讓硬盤的可靠性獲得根本改觀，同時也為后來的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。大約在2003年，2.5英寸筆記本硬盤成為新的熱點，除了日立（當(dāng)時已經(jīng)購并IBM存儲部門）、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英寸硬盤在應(yīng)用中更容易遭受震動，對數(shù)據(jù)威脅極大，各大硬盤廠商紛紛在以往技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，針對性開發(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抗震技術(shù)及其后來的發(fā)展，盡管其中的部分技術(shù)歷時多年不再新穎，但它們?nèi)匀辉诮裉斓挠脖P產(chǎn)品中發(fā)揮出重大的作用—倘若你適當(dāng)注意各硬盤廠商對新一代產(chǎn)品的介紹，很容易就能發(fā)現(xiàn)這一點。

邁拓數(shù)據(jù)保護和抗震技術(shù)

近兩年來，邁拓在硬盤領(lǐng)域聲勢大不如前，除了來自渠道方面的影響外，與技術(shù)發(fā)展相對遲緩、產(chǎn)品賣點缺乏有很大的關(guān)系，加之邁拓沒有進入2.5英寸硬盤市場，讓外界感覺邁拓正在走下坡路。其實在2003年以前，邁拓一直保持快速發(fā)展態(tài)勢，尤其是在2000年成功收購昆騰公司的硬盤業(yè)務(wù)之后，邁拓的市場影響力與日俱增，無論產(chǎn)品還是技術(shù)上都一度領(lǐng)先對手。而在硬盤保護領(lǐng)域，邁拓在當(dāng)時拿出的就是名為MaxSafe和ShockBlock兩項技術(shù)—前者專門針對硬盤的數(shù)據(jù)保護，確保數(shù)據(jù)在硬盤中的完整性；后者則致力于提升硬盤的抗震性能，提高硬盤的硬件可靠性。這兩項技術(shù)引入后便成為邁拓硬盤的看家法寶，直到現(xiàn)在，邁拓硬盤的宣傳中還有它們的身影。

MaxSafe數(shù)據(jù)保護技術(shù)

在正常的讀寫操作中，我們很少遇到磁盤數(shù)據(jù)出錯的例子，但如果磁盤的健康狀況不佳，就很有可能產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)錯誤。邁拓提出的MaxSafe數(shù)據(jù)保護技術(shù)就是致力于解決這個問題，它采用一套完善的檢測和恢復(fù)機制來確保數(shù)據(jù)的完整性，只要數(shù)據(jù)開始寫入硬盤，MaxSafe技術(shù)便開始生效，對其提供保護。只要數(shù)據(jù)還存儲在硬盤中，MaxSafe技術(shù)的檢測與恢復(fù)動作就會一直持續(xù)。實際上，MaxSafe技術(shù)由三項子技術(shù)聯(lián)合構(gòu)成，它們分別是背景磁區(qū)掃描、高級ECC校驗和飛高寫入偵測。

背景磁區(qū)掃描 如果用戶在啟動電腦后沒有進行數(shù)據(jù)的讀寫操作，MaxSafe就會利用這段閑暇的時間，自己從硬盤中讀取數(shù)據(jù)并用機載的ECC糾錯碼進行測試。如果找到不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，MaxSafe就會利用糾錯碼工具對錯誤的數(shù)據(jù)進行修補，同時將修正后的數(shù)據(jù)重寫到磁盤中問題區(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)掃描程序獨立于主機系統(tǒng)，用戶無需干預(yù)該功能便會自動激活，同時不會對正常工作產(chǎn)生任何影響。

有必要提到的是，背景磁區(qū)掃描使用的ECC糾錯功能一般只在數(shù)據(jù)讀寫或傳輸過程中才發(fā)揮作用，而MaxSafe可以在硬盤未處于工作狀態(tài)時也使用ECC功能來掃描存儲的數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)完整無憂。高級ECC校驗 背景磁區(qū)掃描依賴于ECC校驗，而校驗采用的算法和糾錯碼就關(guān)系到實際掃描的效果。我們知道，ECC（Error Correction Code，糾錯碼）校驗技術(shù)被廣泛用于數(shù)據(jù)存儲和傳輸場合，可起到檢查數(shù)據(jù)正確與否的作用。在數(shù)據(jù)串傳輸過程中，計算機會根據(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，起到糾錯碼的作用。這些糾錯碼在傳輸過程中會得到解碼和檢驗，以核實數(shù)據(jù)是否在傳輸過程中發(fā)生改變。如果檢測結(jié)果與初始數(shù)據(jù)相同，就說明正操作的數(shù)據(jù)是正確，否則就說明數(shù)據(jù)在操作過程中出錯，系統(tǒng)會使用這些糾錯代碼對出錯的數(shù)據(jù)位進行修補。

而在MaxSafe系統(tǒng)中，邁拓提供了比普通ECC更為強大的錯誤檢測和糾正能力，它在每512字節(jié)數(shù)據(jù)中添加了430位糾錯碼，數(shù)量比常規(guī)做法整整多了一倍—糾錯碼數(shù)量越多，其檢測和糾正數(shù)據(jù)錯誤的能力也就越強，能夠更好地保證數(shù)據(jù)的完整性。根據(jù)統(tǒng)計，MaxSafe技術(shù)在每讀寫單位字節(jié)的數(shù)據(jù)時，出現(xiàn)誤糾正的字節(jié)數(shù)是1/1020個—這相當(dāng)于你每秒從硬盤里隨機連續(xù)讀取250KB的數(shù)據(jù)，每天讀取24小時，MaxSafe技術(shù)出現(xiàn)糾錯失誤的概率是平均每150萬年發(fā)生一次。

飛高寫入偵測 我們知道，硬盤在工作狀態(tài)下磁頭會自動浮起，升高到一定的高度，這個高度一般是百萬分之一英寸。在數(shù)據(jù)操作時磁頭必須維持這個飛行高度，如果磁頭瞬時飛行高度太高，數(shù)據(jù)就可能無法正確寫入磁盤，如果高度太低，硬盤受震動時磁頭極易與盤片接觸，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分之一英寸的高度顯然不易，但是MaxSafe系統(tǒng)的飛高寫入偵測技術(shù)就可以最大限度做到這一點：它在每次數(shù)據(jù)寫入時都自動監(jiān)測磁頭的飛行高度，如果高度超出理想范圍則被記錄下來，MaxSafe技術(shù)會主動采取補救行為以確保數(shù)據(jù)能夠被安全寫入。

圖1 MaxSafe技術(shù)可以在數(shù)據(jù)寫入時偵測到磁頭的飛行高度，并采取主動措施以確保數(shù)據(jù)安全。

ShockBlock抗震技術(shù)

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，硬盤在關(guān)閉電源后磁頭必須停止在一個特定的區(qū)域，該區(qū)域也被稱為硬盤的“著陸區(qū)”。由于著陸區(qū)沒有存儲數(shù)據(jù)，磁頭與之接觸當(dāng)然也就不會對數(shù)據(jù)造成損壞。磁頭的磁臂為一個彈性的鋼質(zhì)固件，一旦磁頭受震動偏離該位置，磁臂的彈力也會把磁頭自動彈回。但即便如此，可能造成損害的超常規(guī)震動沖擊隨時都會發(fā)生，比如說工人在安裝過程中動作粗魯、運輸過程中受到顛簸，甚至用螺絲刀敲擊硬盤時略微用力帶來的瞬間沖擊都可能把磁頭震離“著陸區(qū)”，造成磁盤介質(zhì)上的碎屑脫落。即便損害位置是在無關(guān)緊要的位置，但產(chǎn)生的碎屑無疑會成為可怕的安全隱患。

針對這一問題，邁拓拿出了ShockBlock防震技術(shù)，該技術(shù)從兩個角度來降低震動造成的傷害：第一，通過增強磁頭磁盤組件的緊密度來減弱磁頭受到的震動載入。邁拓對硬盤的結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，使得磁頭磁盤組件（HDA）比先前方案在緊密度上提高25%，簡單點說就是硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更緊湊。這種設(shè)計可有效減輕硬盤受震動的形變程度，避免磁頭撞擊盤片事件的發(fā)生。而如果盤體結(jié)構(gòu)比較松散，當(dāng)外界震動傳導(dǎo)到硬盤時，震動能量很容易被傳導(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)對硬盤的抗震性進行全面的優(yōu)化設(shè)計，最大限度降低了外部震動的傳導(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，因為要讓磁頭從“著陸區(qū)”移開，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％，受到同等震動時磁頭對磁臂支架產(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)長一段時間內(nèi)邁拓都將這兩項技術(shù)作為主要的宣傳賣點，也正是在那個時期，邁拓硬盤贏得極好的口碑。乃至到今天，MaxSafe與ShockBlock技術(shù)還被邁拓廣泛采用。另一方面，邁拓收購昆騰硬盤業(yè)務(wù)后也獲得了昆騰的DPS（Data Protection System）和SPS（Shock Protection System）硬盤保護技術(shù)，這兩者也被邁拓繼續(xù)發(fā)揚光大。

圖2 足夠強烈的外部沖擊會使硬盤的磁頭發(fā)生振動，并與盤片發(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，受震時對磁臂的推力就小，磁頭移位的可能性降低。