SSD的數(shù)據(jù)安全問題

明顯更快的速度是SSD（固態(tài)硬盤）最吸引人的地方，對于長期使用SSD的用戶來說，通常不會愿意再使用機械硬盤作為系統(tǒng)驅(qū)動器了。目前，SSD穩(wěn)步上升的容量和逐漸下降的價格使越來越多的電腦用戶開始使用SSD，但是包括已經(jīng)使用SSD的用戶在內(nèi)，實際上許多電腦用戶對于SSD的穩(wěn)定性和壽命都心存疑慮。這種不信任感源自于SSD的閃存單元有限的使用壽命，理論上閃存單元只能夠承受有限的擦寫次數(shù)，而據(jù)此推斷，許多SSD大約只能夠應(yīng)付1000～3000次的擦除和寫入操作。雖然很快第一代的SSD（例如英特爾X25）通過一個很長的使用壽命打消了人們的這種疑慮，但是由于控制器固件的問題，新一代的SSD又再次引起了人們的擔心：由于固件缺陷，采用SandForce SF 2000控制器的SSD容易導(dǎo)致電腦出現(xiàn)BIOS無法檢測、系統(tǒng)崩潰等各種千奇百怪的問題。

壽命短暫的閃存單元

SSD的存儲密度有上升的趨勢，閃存單元的尺寸越來越小，而且一個閃存單元可能被用于存儲兩三位的數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致閃存單元的壽命更加短暫，每一個閃存單元存儲一個數(shù)據(jù)位的單層單元可以應(yīng)付100 000次寫操作，而一個單元存儲兩位的多層單元（MLC）則只能夠承受3 000次寫操作，存儲三位的三層單元（TLC）只能夠承受1 000次寫操作。

閃存單元的設(shè)計原理決定了它們的壽命極其有限：閃存單元通過浮動柵極（floating gate）的狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)，當向控制柵極（control gate）施加電壓時可以為浮動柵極充電，讓電子可以穿過薄薄的絕緣層到達浮動柵極，在此狀態(tài)下，即使不再施加控制電壓，電子也將留在浮動柵極，浮動柵極形成電場，可以阻止讀取電流，因此對該單元的讀取值為“0”。如果要將單元寫入一個“1”，那么需要向控制柵極反向施加電壓，通過絕緣層移出浮動柵極中的電子，在不帶電的狀態(tài)下，浮動柵極將允許讀取電流通過，在這種情況下，對該單元的讀取值為“1”。

浮動柵極周圍的絕緣層磨損是閃存單元壽命短暫的原因，每一次電子穿越絕緣層的過程都將導(dǎo)致金屬氧化物的損耗，隨著時間的推移，絕緣層的金屬氧化物損耗得差不多之后，原子鍵就會斷裂，部分電子可能會在穿越過程中被困在氧化物中，導(dǎo)致負電荷積累，越來越多的控制電流被抵消。閃存單元的擦寫操作需要的時間會越來越長，最終時間已經(jīng)長到足以影響SSD性能的時候，SSD控制器將丟棄它。因此，閃存單元的刪除和寫操作是決定閃存單元壽命的關(guān)鍵，而閃存單元在實際使用中并不是逐一單獨訪問的，而是被鏈接起來成為一個256KB或者512KB的區(qū)塊，這就導(dǎo)致SSD的每一次擦寫操作都可能影響更多的閃存單元。因而，SSD需要通過控制器對寫操作進行計劃和管理，盡可能地避免放大擦寫操作對閃存單元壽命的影響。

不管閃存單元有什么樣的技術(shù)缺陷，在SSD容量更大并且價格更低廉的迫切需求下，制造商能夠做的只能是不斷地提高數(shù)據(jù)密度。如上所述，現(xiàn)如今的SSD，閃存單元不再是存儲一個“0”或“1”的數(shù)據(jù)位，而是每一個單元存儲兩個位甚至三個位，閃存單元中不同的電壓等級代表不同的“0”與“1”的組合。這需要大幅度地降低電壓的容差，否則不足以彌補劣化的絕緣層所帶來的影響。因而每一個單元存儲兩個數(shù)據(jù)位的多層單元只能夠承受3 000次寫操作，存儲三個數(shù)據(jù)位的三層單元只能夠承受1 000次，而不再是原來的100 000次寫入和刪除操作。另外，要以合理的價格擴張產(chǎn)能，以及在閃存存儲設(shè)備小型化的需求下，制造商不斷地壓縮閃存單元的尺寸，這導(dǎo)致絕緣層以及閃存單元其他結(jié)構(gòu)的尺寸同樣被壓縮，更容易受到磨損。

SSD的使用壽命

在正常的使用過程中，SSD很快就無法工作，這種擔心已經(jīng)被證明是毫無根據(jù)的。IT數(shù)碼港經(jīng)銷商的存儲產(chǎn)品經(jīng)理托馬斯·韋澤通過退換貨率來描述這一問題，他認為SSD的退換貨率并不比傳統(tǒng)的機械硬盤高，而SSD的制造商OCZ的代表也表示，他們的SSD受益于所使用的NAND單元和動態(tài)補償?shù)认冗M技術(shù)的應(yīng)用，從普通用戶的角度來考慮，SSD的壽命完全夠用。除了這些相對比較空泛的描述之外，一個更具體的證明是三星的IT存儲事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理所提供的，該公司的產(chǎn)品通過固件緩解閃存單元的有限生命周期，根據(jù)目前的經(jīng)驗，840 EVO的耐用性和可靠性超過3年，840 PRO則超過5年。并且該公司的一個120GB容量的測試驅(qū)動器，目前已經(jīng)用來寫過563TB的數(shù)據(jù)，至今仍然工作正常。按照563TB的數(shù)據(jù)計算，這一驅(qū)動器相當于已經(jīng)全盤擦寫了4 700次，如果以每天全盤擦寫一次來計算，這將需要持續(xù)12年。實際上，在互聯(lián)網(wǎng)上也有許多用戶提到，自己的SSD已經(jīng)被用來寫過幾百TB的數(shù)據(jù)。

SSD能夠使用多久與其所設(shè)計的使用強度也有一定關(guān)系，這通?？梢愿鶕?jù)制造商的保修期限來判斷。高價位的OCZ Vector 150SSD設(shè)計的使用強度是5年內(nèi)可以每天擦寫50GB數(shù)據(jù)，因而，這種SSD有很長的保修期。而最便宜的OCZ Vertex 450設(shè)計的使用強度是3年內(nèi)可以每天擦寫20GB數(shù)據(jù)。對于一般用戶來說，由于這個使用強度是按照每天擦寫設(shè)計的，所以可以確保使用壽命足夠長。同樣的道理，三星的SSD也分為專業(yè)版本和普通的消費版本，分別提供5年和3年的保修期。因而，當我們選擇SSD時，如果追求更高的穩(wěn)定性與壽命，可以選擇5年保修期的專業(yè)版本。而且在日常的使用過程中，適當?shù)乜刂泼刻觳翆懙臄?shù)據(jù)量，理論上可以延長SSD的使用壽命。

使用CrystalDiskInfo之類的工具可以讀出SSD的使用情況等許多相關(guān)的統(tǒng)計信息，例如寫入的數(shù)據(jù)量和磨損量指示等。不過，這些從0到100的數(shù)字有點過于抽象，因而，我們可以使用SSDLife（ssd-life.com）來分析這些記錄，并預(yù)測SSD剩余的使用壽命。首次啟動軟件，SSDLife將記錄數(shù)據(jù)的寫入量，如果長期使用可以安裝該軟件，軟件能夠更準確地預(yù)測壽命。不過，通過SMART值預(yù)測驅(qū)動器壽命的準確率自然不會是百分之百，許多驅(qū)動器在SMART值預(yù)測將損壞之后，仍然可以使用很長的一段時間。不過，如果SMART值顯示SSD壽命即將終結(jié)，那么我們應(yīng)該定期為SSD上的數(shù)據(jù)進行備份。endprint

當SSD出現(xiàn)故障時

SSD的控制器能夠有計劃地安排寫入操作以減少閃存單元的擦寫次數(shù)，并盡可能地給閃存單元平均分配寫入任務(wù)，避免個別閃存單元過早地磨損。此外，控制器能夠標記壽命終結(jié)的閃存單元，并用其他的閃存單元替換以避免區(qū)塊內(nèi)的所有閃存單元無法使用。個別生產(chǎn)商宣稱他們的SSD可以替換的閃存單元多達30%，在出現(xiàn)故障的閃存單元能夠得到替換的情況下，SSD除了出現(xiàn)輕微的性能損失和SMART值有相應(yīng)的變化外，基本上不會對用戶有任何影響。這種情況將一直持續(xù)到有缺陷的閃存單元所占比例過大的時候，當這種情況發(fā)生時，SSD將切換到只讀模式。我們可以通過寫操作和系統(tǒng)不穩(wěn)定的錯誤信息預(yù)測這一天的到來，如果寫操作的時間過長，Windows將取消它并提示失敗的信息，而當SSD是系統(tǒng)驅(qū)動器時，操作系統(tǒng)將可能出現(xiàn)死機等不穩(wěn)定的狀況。

除了有缺陷的存儲單元之外，有缺陷的固件也可以導(dǎo)致SSD不穩(wěn)定，然而這種故障通常不會丟失數(shù)據(jù)。我們可以將固件存在缺陷的SSD連接到移動硬盤盒，或者通過SATA線連接電腦，然后使用專業(yè)的工具對其進行更新和備份。在本文最后部分，我們將為大家介紹如何創(chuàng)建一個可以啟動系統(tǒng)的閃存盤，并使用其中包含的硬盤工具為系統(tǒng)驅(qū)動器創(chuàng)建鏡像備份，或者從有故障的SSD中拷貝數(shù)據(jù)。

需要注意的是，如果需要使用SSD工具在線更新固件，那么要使用SATA數(shù)據(jù)線直接將SSD連接到電腦上，SSD工具無法通過USB連接在線更新固件。如果SSD是由于固件的缺陷而出現(xiàn)故障，例如文章開頭所介紹的SandForce SF-2000固件缺陷，那么在更新SSD固件之后，SSD上的文件應(yīng)該可以再次被讀取。接下來，我們可以使用上面提到的工具克隆驅(qū)動器或復(fù)制文件，完成后使用SSD工具的“Secure erase”功能重置SSD。最后重新將數(shù)據(jù)復(fù)制或者克隆到SSD上，并檢查SSD是否能夠正常工作。

當硬盤壽命完全終結(jié)時

最壞的情況是在BIOS中找不到SSD，并且SSD在Windows數(shù)據(jù)載體管理系統(tǒng)或資源管理器中都不可見。此時，某些配備Indilinx控制器的特殊型號，可以從電腦上斷開SSD的電源和SATA線，通過一個跳線重新設(shè)置BIOS，嘗試讓SSD可以重新被訪問。不過，對于大部分SSD來說，如果SSD在其他電腦或者USB移動硬盤盒中也無法訪問，那么這通常意味著SSD的控制器或者一些核心部件已經(jīng)損壞。在這種情況下，SSD上保存的數(shù)據(jù)仍然存在于存儲器單元中，但是控制器的故障導(dǎo)致它們無法被讀取。

如果這些數(shù)據(jù)沒有備份，必要時可以聯(lián)系一些專業(yè)的數(shù)據(jù)恢復(fù)公司進行恢復(fù)，個人用戶自行恢復(fù)的可能性基本為零。數(shù)據(jù)恢復(fù)公司Kroll Ontrack的經(jīng)理馬丁·希勒告誡大家，嘗試自行恢復(fù)控制器故障的SSD通常只能帶來更大的麻煩。專業(yè)的數(shù)據(jù)恢復(fù)專家可以從閃存單元中直接讀出數(shù)據(jù)，并通過軟件來完成本該由控制器執(zhí)行的任務(wù)，將數(shù)據(jù)重建成文件。至于是否能夠成功恢復(fù)數(shù)據(jù)，將取決于控制器的復(fù)雜性與控制器廠商的信息公開程度，還有數(shù)據(jù)恢復(fù)專家的水平。

控制器損壞導(dǎo)致SSD壽命終結(jié)的機率相對是比較低的，不過無論如何，我們都建議大家應(yīng)該定期地為SSD創(chuàng)建備份。按照目前大部分的SSD容量來說，備份并不需要花費太多的時間。特別是當機箱內(nèi)除了SSD還有一塊機械硬盤時，可以使用Windows的備份功能或者其他備份工具，自動定期進行備份。endprint