关于固态硬盘损耗的研究

再讲一下,固态硬盘不能只看S.M.A.R.T.信息,这只是厂商贴的一个可视化电子标签,里面浅显的信息并不能真正明确颗粒和主控的状态。

【一】损耗

其实大家只是怕扫描会损耗固态寿命,而固态寿命损耗关键在于:

①、硬盘主控

②、存储颗粒

【二】测试

用Diskgenius扫描坏道是一个疯狂的过程,我们以控制变量法来判断:

①、首先我们假设颗粒全是SLC的,并设想扫描过程是在疯狂读写,那么此时我们只需要看主控能不能吃得消,假设硬盘主控承受不住这种狂风暴雨,那直接过热烧毁,硬盘损坏,表现形式为不读盘或者显示0GB。(这种情况下颗粒内的数据无法保住,因为记录文件的信息都在硬盘主控里)

②、接下来我们分析存储颗粒,假设我们使用尚未量程的工业废品PLC/HLC,将固态放置在-40℃的环境温度中以确保主控不会损坏,且系统位于另一硬盘条件下,固态硬盘全盘写入一次随机数据后分配逻辑磁盘。在硬盘无读写条件下静置30分钟后(小于M的读写不算)使用Diskgenius扫描,观测到“任务管理器”中该硬盘仅有实时读取数值,并没有实时写入数值(小于M的读写不算)。硬盘扫描完毕后对,比检测前的S.M.A.R.T.信息,仅有硬盘读取量出现了变化。以此证明了坏道扫描对固态硬盘的写入量并无直接影响。

③、在“②”的基础上反复全盘写入随机数据,直到S.M.A.R.T.信息中写入数据量为硬盘质保量的1.5倍后,再次以坏道扫描的形式对固态硬盘进行全盘读取。发现在扫描过程中出现响应时间较慢的“区块”,其中部分“损坏区块”的响应时间约为10000-15000ms,且具有连续性。在扫描时观测“任务管理器”发现读取“损坏区块”时,读取速度有明显下降,为15-250KB/s且非连续性。经多次扫描后得出以下结论:

Ⅰ:多次扫描读取记录中“损坏区块”位置均保持一致,较慢的“区块”位置相邻或相近。

Ⅱ:尝试修复“损坏区块”时,“数据冗余”的区块无法修复,“I/O Timeout”的区块可以进行修复。且经2-5次修复后再检测时有明显好转,响应时间由10000-15000ms降至2500-4500ms,且为连续性读取,读取速度为2-20MB/s不等。观测到S.M.A.R.T.信息中的读写数据量均提升相同的数值。

Ⅲ:若此时覆盖写入数据,关闭计算机后再开机并完成检测,则检测数据再次恢复原状。(判断未关机时修复的数据存储在内存中,故可完成连续读取)

小结:

以上证明硬盘修复“区块”对于固态硬盘不适用,且“数据冗余”的“损坏区块”带有禁止写入的写保护。(所有扫描均不使用“报告准确的扇区号”的慢速扫描)

④、将两块检测出“损坏区块”的固态硬盘(mSATA 240GB、SATA 120GB各一块),分别在自然条件下静置1个月、1年后观测到以下现象:

《mSATA 240G》,原状态为读取部分无法打开的图片或播放到一定进度的视频后无法识别硬盘,观测到整块硬盘直接从“任务管理器”或“磁盘管理”中直接被移除,无弹出提示。(后统一称为“损坏图片”、损坏视频“)

静置1个月后:

Ⅰ:部分损坏图片或视频恢复正常。另有一部分的损坏图片可正常显示一部分的原图内容(损坏图片具有逐行扫描后得出完整图像的特性,扫描顺序从左到右,行顺序从上到下),剩下的不可显示区域与电视机彩屏相当,但色块的杂色量均随机,其中行内的色块宽度一致。彩屏色块行结束后为纯黑色块行,直到图片逐行扫描结束。

Ⅱ:可一次性拷出全盘数据,并未观测到无法识别硬盘的现象。其中损坏图片的不可显示区域在该硬盘中拷出的数据中显示一致。

《SATA 120G》原状态为扫描出”损坏区块“,且30%的”区块“读写较慢,尝试以GPT模式安装WIndows10 x64 1909数次(iso文件,于msdn下载),均无法启动超过5次,ESP/MSR分区损坏或未进入桌面时出现蓝屏:(,亦或者进入桌面后打开”资源管理器“、鼠标右键等操作时无响应导致无法正常使用。

静置1年后:

Ⅰ、扫描均为正常”区块“,响应时间15-30ms符合正常固态硬盘响应速度。

Ⅱ、全盘随机写入数据后再次扫描仍正常。

Ⅲ、以GPT模式安装Windows10 x64 1909未出现任何异常,后尝试安装Steam等软件,并以”任务管理器“实时监测数据。

Ⅳ、以该硬盘作为系统盘测试了AS SSD测试了读写,测试数据证明该硬盘为正常读写的固态硬盘。使用HD Ture Pro的随机读写测试曲线也证明该硬盘拥有正常的响应时间。

小结:

Ⅰ、介于固态硬盘断电后的数据流失特性,主流观点认为由于存储单元内的电子逃逸,静置时间越长、温度越高,固态硬盘数据丢失的可能性也就越大。同理,原本位于绝缘/氧化层的电子也会逐渐逃逸。

Ⅱ、固态硬盘”坏块“的判断标准是根据存储单元是否可以被控制读取与写入来判定的。而每次写入时,绝缘/氧化层内的电子会干扰控制级的判断,当该层内的电子数量足够多时,控制级将无法控制读取与写入。此时固态硬盘的主控将该存储单元判定为”坏块“。

Ⅲ、当固态硬盘没有备用块时,也会再次调用已被判定为”坏块"的块进行填补。(虽然在正常情况下是没用的,坏的换坏的还是坏的,显示为“数据冗余”,实则无法读取)

Ⅳ、在温度较高、湿度较大(这点存疑)、时间较长的情况下,固态硬盘可能出现数据丢失和块的“自修复”的现象,假设当时间足够长时,存储颗粒内电子将无限趋近于环境水平,此时该固态硬盘的存储颗粒性能应当无限趋近于出厂水平。

本文仅供参考,错误欢迎在评论区指出,仅代表本作者MUYIENG102在2023年6月1日发表的观点论述。(论述经周期性实验得出)

原文链接:https://www.bilibili.com/read/cv24070113/

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