all about technology

Κυριακή, 12 Απριλίου 2015

On 8:06 μ.μ. by Periklis Karamanolis in , , ,    No comments
Ο σκληρός δίσκος HDD αποθηκεύει ολόκληρη την ψηφιακή μας ζωή στον υπολογιστή. Επειδή όμως διαθέτει κινητά μέρη, φθείρεται περισσότερο από τα άλλα υποσυστήματα, λόγω τριβών. Στον οδηγό αυτό θα δούμε πόση είναι η διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου, θεωρητικά και πρακτικά, και πότε πρέπει να αρχίσουμε να ανησυχούμε.


Σημείωση: Το μεγαλύτερο μέρος του οδηγού αναφέρεται στους συμβατικούς δίσκους HDD, για τους οποίους έχουμε και πιο αναλυτικά στατιστικά. Αναφερόμαστε όμως και στη διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου των SSD.
Η εφεύρεση του σκληρού δίσκου ήταν ένα κομβικό σημείο στην εξέλιξη των υπολογιστών.
Πριν από τους σκληρούς δίσκους, οι χρήστες των υπολογιστών ήταν αναγκασμένοι να φορτώνουν το λειτουργικό σύστημα από μία δισκέτα στη μνήμη, και να έχουν μία άλλη δισκέτα για κάθε πρόγραμμα.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 01
Αυτός είναι παρεμπιπτόντως και ο λόγος που ακόμα και στους σύγχρονους υπολογιστές, η μονάδα δισκέτας (είτε έχουμε είτε όχι) έχει το γράμμα "A:", αλλά ο σκληρός δίσκος έχει πάντοτε το γράμμα "C:".
Το B: είναι κρατημένο για τη δεύτερη μονάδα δισκέτας, κι ας μην έχει υπάρξει ανάγκη για αυτή εδώ και δεκαετίες.
Χάρη στο σκληρό δίσκο μπορέσαμε να έχουμε πιο περίπλοκα λειτουργικά συστήματα, και κυρίως ταχύτερη και πιο αξιόπιστη αποθήκευση δεδομένων. Υπάρχει λόγος που τις δισκέτες τις ονομάζουμε Floppy(=ετοιμόρροπος).
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 02





Η ιστορία των σκληρών δίσκων εν συντομία

Ο πρώτος σκληρός δίσκος που φτιάχτηκε ποτέ ήταν ο IBM 350, το 1956.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 03
Εφευρέτης του ήταν ο Reynold Johnson και ο δίσκος ήταν μέρος του υπολογιστή IBM 305 RAMAC.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 04
Ο IBM 350 περιείχε 50 δίσκους των 24ων ιντσών (61 εκατοστών) και μπορούσε να αποθηκεύσει 5 εκατομμύρια χαρακτήρες των 6bit (3,75 Megabytes).
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 05
Για αρκετά χρόνια, οι δίσκοι παραήταν μεγάλοι και ακριβοί για οικιακή χρήση.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 06
Καθώς όμως εξελίσσονταν οι τεχνολογίες, κάθε νέος σκληρός δίσκος ήταν μικρότερος και με μεγαλύτερη χωρητικότητα από την προηγούμενη γενιά.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 006
Το 1980 η Seagate Technology κυκλοφόρησε τον ST-506, τον πρώτο δίσκο 5,25 ιντσών, που είναι το στάνταρ μέγεθος για όλους τους σκληρούς δίσκους σταθερών υπολογιστών μέχρι σήμερα.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 07
Μπορούσε να αποθηκεύσει 5MB πληροφορίας, και το κόστος του ήταν 1.500 δολάρια, ή αλλιώς 300 δολάρια ανά MB.
Σήμερα, ένας δίσκος HDD των 4 Terabyte κοστίζει πάνω-κάτω 145 ευρώ, ή αλλιώς 0,00003625 ευρώ ανά MB.

Πως λειτουργεί ο σκληρός δίσκος HDD

Κάθε δίσκος HDD έχει δύο βασικά κινητά μέρη: τους περιστρεφόμενους δίσκους στο εσωτερικό του, και το βραχίωνα που κινεί τις κεφαλές.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 08
Το όλο σύστημα είναι σε μεγάλο βαθμό απομονωμένο. Όμως δεν είναι αεροστεγές, ούτε περιέχει κενό αέρος, καθώς η ατμοσφαιρική πίεση είναι σημαντική για τη λειτουργία του δίσκου.
Πρακτικά, η περιστροφή των δίσκων δημιουργεί ένα "στρώμα αέρα", που κινείται με ταχύτητα σχεδόν 130χλμ/ώρα, το οποίο κάνει τις κεφαλές να αιωρούνται γύρω στα 10 νανόμετρα από την επιφάνεια του δίσκου.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 09
Με τόσο απειροελάχιστες αποστάσεις, ακόμα και ένας κόκκος σκόνης θα είχε σαν αποτέλεσμα  να έρθει σε επαφή η κεφαλή με το δίσκο, με καταστροφικά αποτελέσματα.
Όταν οι δίσκοι σταματήσουν να περιστρέφονται, και άρα πάψει και το ρεύμα αέρα, οι κεφαλές ακουμπούν σε ένα ειδικό μέρος του σκληρού δίσκου που ονομάζεται "landing zone" (κυριολεκτικά: ζώνη προσγείωσης), ώστε να μην υπάρξει βλάβη στα δεδομένα.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 009
Άλλοι σκληροί δίσκοι έχουν τη landing zone πάνω στους ίδιους τους δίσκους.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 0009
Όσο για την περιστροφή των δίσκων, στα παλιότερα μοντέλα βασιζόταν σε ρουλεμάν. Μάλιστα λέγεται πως ο συγκεκριμένος τύπος ρουλεμάν που χρησιμοποιούσαν ήταν τα πλέον σφαιρικά που είχαν κατασκευαστεί ποτέ.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 10
Πλέον, όμως, οι σύγχρονοι σκληροί δίσκοι εφαρμόζουν ένα σύστημα "Fluid Bearing".
Το σύστημα αυτό αντικαθιστά τα ρουλεμάν με ένα λεπτό στρώμα λιπαντικού, λεπτότερο από ανθρώπινη τρίχα, έτσι ώστε να μην έρχονται καθόλου σε επαφή οι δύο μεταλλικές επιφάνειες, του άξονα των δίσκων και του "σασί" του σκληρού δίσκου.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 11
Το σύστημα αυτό, εκτός από το ότι είναι σημαντικά πιο αθόρυβο και ανθεκτικό, είναι και πιο οικονομικό!
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 12

H θεωρητική διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου

Όπως αναφέραμε, χάρη στο σύστημα fluid bearing, οι τριβές κατά την περιστροφή των δίσκων ουσιαστικά εξαλείφονται.
Επίσης, οι ίδιες οι κεφαλές δεν ακουμπούν στους δίσκους, άρα δεν υπάρχει ούτε εκεί φθορά, όπως υπάρχει πχ στους δίσκους βινυλίου.
Όμως η τριβή εξακολουθεί να είναι ένας από τους βασικούς δολοφόνους των σκληρών δίσκων. Και αυτό οφείλεται στον βραχίονα των κεφαλών.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 13
Ο συγκεκριμένος βραχίονας κινείται παλινδρομικά μπρος και πίσω, για να κινήσει τις κεφαλές. Εφόσον η κίνησή του δεν είναι πλήρως περιστροφική, είναι αδύνατον να χρησιμοποιηθεί το σύστημα fluid bearing.
Ως εκ τούτου, ο βραχίονας των κεφαλών έχει το υψηλότερο ποσοστό τριβών στο δίσκο, και είναι ένα πιθανό σημείο αποτυχίας.
Επίσης, όταν οι κεφαλές ακουμπούν στη landing zone, υπάρχει και πάλι έστω μια ελάχιστη φθορά, που με τα χρόνια μεγεθύνεται.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 14
Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστές συνήθως αναφέρονται στη διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου με βάση τους κύκλους έναρξης/παύσης (start/stop cycle), πόσες φορές έχει κλείσει εντελώς και έχει ξαναξεκινήσει ο δίσκος.
Ένας συνήθης αριθμός είναι οι 30-50.000 κύκλοι έναρξης/παύσης, μετά από τους οποίους η πιθανότητα αποτυχίας κατά την έναρξη ανεβαίνει πάνω από το 50%.
Πάντως, ακόμα κι έτσι, η θεωρητική διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου είναι εξαιρετικά υψηλή. Ακόμα κι αν κλείναμε και ανοίγαμε έναν υπολογιστή 10 φορές την ημέρα, οι 30.000 κύκλοι θα έπαιρναν πάνω από 8 χρόνια.
Στην πράξη, όμως, η διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου είναι σημαντικά χαμηλότερη.

H διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου στην πράξη

διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 15
Η Backblaze είναι μια εταιρεία στο χώρο του online backup. Ως εκ τούτου, ανά πάσα στιγμή στα datacenters τους λειτουργούν 25.000 δίσκοι, ενώ προσθέτουν συνεχώς νέους, όσο αυξάνεται το πελατολόγιό τους.
Μόλις κάποιος αποτύχει δίσκος, το σημειώνουν, και με αυτόν τον τρόπο έχουν συγκεντρώσει αρκετά ιδιαίτερα ενδιαφέροντα στατιστικά.
Μάλιστα, είναι επιλογή της εταιρείας να χρησιμοποιούν τους απλούς, consumer-grade δίσκους, και όχι τους ακριβότερους Enterprise, που θεωρητικά είναι ανθεκτικότεροι.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 16
Έτσι, τα στατιστικά της εταιρείας για τη διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου έχουν νόημα και για εμάς, τους απλούς καταναλωτές.

Η καμπύλη "μπανιέρας"

Οι μηχανικοί που ασχολούνται με την αξιοπιστία των συσκευών χρησιμοποιούν ένα γράφημα που αποκαλούν "καμπύλη μπανιέρας" (bathtub curve) για να περιγράψουν τους ρυθμούς αποτυχίας των συσκευών.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 17
Η ιδέα αυτή συνδυάζει τρεις παράγοντες αποτυχίας:
  1. τα εργοστασιακά σφάλματα, που έχουν σαν αποτέλεσμα ορισμένες μονάδες να αποτυγχάνουν σε "νεαρή" ηλικία,
  2. Τις τυχαίες αποτυχίες
  3. Τις αποτυχίες λόγω φθοράς των μερών.
Τα καταγεγραμμένα στατιστικά της Backblaze συμφωνούν με το παραπάνω μοντέλο.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 18
Στον 1,5 χρόνο, η αποτυχία των δίσκων κυμαίνεται περίπου στο 5%, ξεσκαρτάροντας ουσιαστικά όσους είχαν εργοστασιακά ελαττώματα.
Μετά από εκείνο το διάστημα, , και μέχρι και το τέλος του τρίτου χρόνου, η αποτυχία είναι ιδιαίτερα χαμηλή.
Ο υπερπολλαπλασιασμός του ρυθμού αποτυχίας στην αρχή του 4ου χρόνου δείχνει πως αυτό είναι το όριο όπου πλέον η φυσιολογική φθορά της χρήσης αρχίζει να κάνει τους δίσκους να αποτυγχάνουν σε ποσοστό 10-15%

Υπολογίζοντας τη διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου

Πριν απαντήσουμε την ερώτηση για το ποια ακριβώς είναι η διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου, πρέπει να ορίσουμε τι εννοούμε ακριβώς όταν αναφερόμαστε στη "διάρκεια ζωής".
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 19
Θεωρητικά, για να βρούμε τη μέση διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου θα έπρεπε να παρακολουθούμε μια ομάδα σκληρών δίσκων μέχρι να αποτύχουν όλοι, και μετά να δούμε ποιο ήταν το μέσο χρονικό διάστημα απρόσκοπτης λειτουργίας.
Αν δηλαδή είχαμε δύο δίσκους, και ο ένας αποτύγχανε στον 1 χρόνο ενώ ο άλλος στον 15ο, θεωρητικά η μέση διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου θα ήταν 8 χρόνια.
Προφανώς για να έχουμε έναν νούμερο που να βγάζει νόημα, θα πρέπει να έχουμε αρκετά μεγάλο στατιστικό δείγμα εξ' αρχής.
Ακόμα κι έτσι, όμως, αυτή η μέθοδος θα ήταν εξαιρετικά χρονοβόρα για να είναι πρακτική. Συν ότι μερικές εξαιρέσεις θα μπορούσαν να διαστρεβλώσουν τα στατιστικά
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 20
Η μέθοδος που ακολούθησε η Backblaze για να υπολογίσει τα στατιστικά της ήταν να βρει το Median lifespan: μετά από πόσο χρόνο θα έχουν αποτύχει ακριβώς οι μισοί δίσκοι του δείγματος.

Το 80% των δίσκων αντέχουν 4 χρόνια

Το παραπάνω γράφημα με τους ρυθμούς αποτυχίας φαινόταν τρομακτικό, ιδιαίτερα όταν εκτοξεύτηκε στο 15% τον 4ο χρόνο.
Η πραγματικότητα όμως είναι πως to 90% των σκληρών δίσκων λειτουργούν για 4 χρόνια, ενώ ακόμα και στο τέλος του 4ου χρόνου, το 80% των δίσκων (το 78%, για την ακρίβεια) είναι πλήρως λειτουργικό.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 21
Δυστυχώς, η εταιρεία ιδρύθηκε πριν από 5 χρόνια, και οι σκληροί δίσκοι που χρησιμοποιεί είναι όλοι καινούριοι, οπότε δεν έχει περισσότερα πραγματικά στοιχεία.
Προβάλλοντας όμως την τάση στο μέλλον, το median lifespan των δίσκων φαίνεται να είναι περίπου στα 6 χρόνια.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 22
Σύμφωνα με τη Backblaze, σκοπεύουν να ανανεώνουν κάθε τρίμηνο τα στατιστικά, για να αποκαλυφθούν και τα νούμερα μετά την 4ετία.

Έκτακτα περιστατικά που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου

Το μόνο που δεν μπορεί να μετρήσει η μέθοδος της Backblaze είναι τα έκτακτα περιστατικά που μπορούν να καταστρέψουν ένα σκληρό δίσκο.
Στο κάτω-κάτω, μπορεί οι δίσκοι τους να λειτουργούν 24 ώρες το 24ωρο, αλλά βρίσκονται σε ένα κλιματιζόμενο data center, ασφαλείς από ατυχήματα.
Ποιοι είναι λοιπόν οι χειρότεροι εχθροί των σκληρών δίσκων?
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 23

Πέσιμο - Σκούντημα

Όπως αναφέραμε, οι κεφαλές των σκληρών δίσκων απέχουν δισεκατομμυριοστά του μέτρου από τους δίσκους.
Αυτό σημαίνει πως αν ένας σκληρός δίσκος πέσει ή κουνηθεί έντονα εν ώρα λειτουργίας, η κεφαλή θα ακουμπήσει το δίσκο και...
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 24
Αν ο δίσκος είναι σβηστός και οι κεφαλές ακουμπούν στη landing zone, μειώνεται η πιθανότητα τόσο μεγάλης ζημιάς.
Πολλά σύγχρονα laptop έχουν υιοθετήσει ειδικά συστήματα που αντιλαμβάνονται αν ο δίσκος δεχτεί τέτοιου τύπου επιτάχυνση ή επιβράδυνση, και μετακινούν αυτόματα τις κεφαλές στο landing zone.
Σε κάθε περίπτωση, όμως, ειδικά για τα laptop μας, καλύτερα να αποφεύγουμε να τα μετακινούμε όσο λειτουργούν, γενικότερα.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 25


Προσοχή στην τρύπα

Όσοι έχετε εξετάσει από κοντά ένα σκληρό δίσκο, πιθανώς έχετε παρατηρήσει μια τρύπα μισού χιλιοστού περίπου, με μια μεγάλη προειδοποίηση να μην την καλύψετε.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 26
Ο σκληρός δίσκος χρησιμοποιεί αυτή την τρύπα για να διατηρήσει τη λειτουργική ατμοσφαιρική πίεση που χρειάζεται στο εσωτερικό του, ώστε να δημιουργείται το στρώμα αέρα κάτω από την κεφαλή.
Αν η ατμοσφαιρική πίεση εντός του δίσκου δεν είναι αρκετά υψηλή, η κεφαλή θα ακουμπήσει στο δίσκο, με τα γνωστά αποτελέσματα.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 27
Μάλιστα, αυτό αποτελεί πρόβλημα σε περιοχές με υψόμετρο άνω των 3.000 μέτρων, καθώς η εξωτερική ατμοσφαιρική πίεση δεν είναι αρκετή για τη λειτουργία των δίσκων. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρειάζονται ειδικοί, σφραγισμένοι δίσκοι για να λειτουργήσουν σωστά.
Σημειωτέον πως η τρύπα διαθέτει ένα φίλτρο από πίσω, για να φιλτράρει σωματίδια από το να μπουν στο εσωτερικό του δίσκου.
Και, μιας και αναφερθήκαμε σε αυτό...

Ξεβιδώνουμε μόνο ένα σκληρό δίσκο που θα πετάξουμε

Οι εταιρείες ανάκτησης δεδομένων συχνά σε δίσκους που δεν λειτουργεί το μοτέρ τους, τους ανοίγουν για να διαβάσουν τα δεδομένα απευθείας από τις πλάκες.
Εντούτοις, αυτό γίνεται σε ειδικούς χώρους και με ειδικό εξοπλισμό. Δεν είναι κάτι που μπορούμε να κάνουμε σε καμία περίπτωση στο σπίτι.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 28
Εκτός φυσικά και αν πρόκειται για έναν εντελώς χαλασμένο σκληρό δίσκο, και θέλουμε να τον μετασχηματίσουμε σε ένα έργο τέχνης.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 29

Στους SSD, ποια είναι η διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου?

Οι δίσκοι SSD, όντας εντελώς διαφορετικής τεχνολογίας, δεν περιέχουν περιστρεφόμενους δίσκους, κεφαλές, και τριβές που να τους φθείρουν.
Σύμφωνα με τον Chris Geiser, που έχει τη θέση του Senior Product Manager στον τομέα Memory and Storage της Samsung "Αν γράφω 10GB την ημέρα σε έναν SSD των 120GB, θα κρατήσει 10 χρόνια"
Αυτό όμως δεν σημαίνει πως οι SSD είναι αθάνατοι.
Υπάρχει πάντοτε η φυσιολογική φθορά των μνημών NAND που τους αποτελούν, οι οποίες βέβαια μπορούν να να γραφούν και να επανεγγραφούν εκατοντάδες χιλιάδες φορές.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 30
Όμως, έτσι όπως μπορεί να χαλάσει ξαφνικά και χωρίς προειδοποίηση οποιοδήποτε κύκλωμα (η motherboard, η μνήμη, η κάρτα γραφικών, μέχρι και ο επεξεργαστής) έτσι μπορεί μια μέρα να παραδώσει το πνεύμα το κύκλωμα ενός SSD.
Πάντως, στα μέχρι στιγμής στατιστικά, ενώ περίπου το 5% των σκληρών δίσκων αποτυγχάνουν εντός της εγγύησης, στους SSD το αντίστοιχο ποσοστό είναι γύρω στο 1,5%.
Εν ολίγοις, είναι σαφώς ανθεκτικότεροι από οποιονδήποτε συμβατικό δίσκο HDD.

Υπάρχει κάποια ένδειξη πως ένας δίσκος είναι στα τελευταία του?

Πολλές φορές μας φαίνεται πως οι δίσκοι αποτυγχάνουν από τη μία μέρα στην άλλη, χωρίς προειδοποίηση.
Η αλήθεια είναι όμως πως, καμιά φορά, υπάρχουν συγκεκριμένες ενδείξεις πως ένας δίσκος μπορεί να πλησιάζει στο "θάνατό" του.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 50
Το πρωτόκολλο που επιχειρεί να "προβλέψει" το θάνατο ενός δίσκου ονομάζεται Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology (S.M.A.R.T) και το υποστηρίζουν όλοι οι σκληροί δίσκοι από τα τέλη του '90.
Αναλυτικές πληροφορίες για το S.M.A.R.T και πώς μπορούμε να το εκμεταλλευτούμε για να εξετάσουμε την υγεία του σκληρού δίσκου θα βρείτε στον οδηγό μας:
Πεθαίνει ο σκληρός μου δίσκος? Πώς να σώσω τα αρχεία μου εγκαίρως!

Συνοψίζοντας

Για τα πρώτα 3 χρόνια, μπορούμε να έχουμε κατά 90% το κεφάλι μας ήσυχο πως ο δίσκος που μόλις αγοράσαμε θα συνεχίσει να λειτουργεί.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 31
Στον τέταρτο χρόνο το ποσοστό πέφτει στο 78%, ενώ η πιθανότητα ένας δίσκος να επιβιώσει στα 6 χρόνια λειτουργίας είναι 50-50.
Τα παραπάνω νούμερα είναι με εντατική χρήση, στο Datacenter της Backblaze. Σε ένα λιγότερο απαιτητικό οικιακό περιβάλλον, μπορεί η φυσιολογική φθορά να είναι μικρότερη, αλλά να αυξάνονται οι κίνδυνοι.
Και, φυσικά, ένας εξωτερικός που τον συνδέουμε μια φορά την εβδομάδα είναι λογικό να κρατήσει περισσότερο από έναν εσωτερικό που χρησιμοποιούμε καθημερινά. Και λιγότερο από έναν που δεν χρησιμοποιείται ποτέ.
διάρκεια ζωής σκληρού δίσκου 32
Σε κάθε περίπτωση, πάντως, επειδή δεν υπάρχει τρόπος να ξέρουμε αν θα είμαστε στο "τυχερό" 5% που θα του κληρωθεί μια αποτυχία δίσκου από τον πρώτο χρόνο, καλό είναι να έχουμε πάντοτε αναλυτικό backup των αρχείων που θέλουμε να χάσουμε.
Η καλύτερη μέθοδος backup είναι στο Internet, για να είναι τα αρχεία μας ασφαλή, ό,τι κι αν συμβεί!


Πηγή: pcsteps




_________________________________
_________________________________

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου