Деградация данных
 | В данной статье поднимается несколько вопросов. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Деградация данных — это постепенное повреждение компьютерных данных из-за накопления некритических сбоев в устройстве хранения данных . Это также называется разрушением данных , разрушением данных или разрушением битов . [1] Это приводит к снижению качества данных с течением времени, даже если данные не используются.
Первичные хранилища [ править ]
Ухудшение качества данных в динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) может произойти, когда заряд бита электрический в DRAM рассеивается, что может привести к изменению программного кода или сохраненных данных. DRAM может быть изменена космическими лучами [2] или другие частицы высокой энергии. Такое ухудшение данных известно как мягкая ошибка . [3] Память ECC можно использовать для смягчения этого типа ухудшения данных. [4]
Вторичные хранилища [ править ]
Ухудшение качества данных происходит в результате постепенного разрушения носителей информации в течение многих лет или дольше. Причины варьируются в зависимости от среды:
- Твердотельные носители
- СППЗУ , флэш-память и другие твердотельные накопители хранят данные с помощью электрических зарядов, которые могут медленно утекать из-за несовершенной изоляции. Современные микросхемы флэш-контроллеров устраняют эту утечку, пробуя несколько более низких пороговых напряжений (до тех пор, пока не пройдет ECC), что продлевает срок хранения данных. Многоуровневые ячейки с гораздо меньшим расстоянием между уровнями напряжения не могут считаться стабильными без этой функции. [5]
- На сам чип это не влияет, поэтому его перепрограммирование примерно раз в десятилетие предотвращает разрушение. Для перепрограммирования необходима неповрежденная копия основных данных. Контрольную сумму можно использовать, чтобы гарантировать, что данные на кристалле еще не повреждены и готовы к перепрограммированию.
- Магнитные носители
- Магнитные носители, такие как жесткие диски , дискеты и магнитные ленты , могут подвергаться разрушению данных, поскольку биты теряют свою магнитную ориентацию. Более высокая температура увеличивает скорость магнитных потерь. Как и в случае с твердотельными носителями, перезапись полезна, если сам носитель не поврежден (см. ниже). [6] Современные жесткие диски используют гигантское магнитосопротивление и имеют более длительный срок службы магнитов, порядка десятилетий. Они также автоматически исправляют любые ошибки, обнаруженные ECC, посредством перезаписи. Однако использование заводской серводорожки может затруднить восстановление данных, если их невозможно будет восстановить.
- Дискеты и ленты плохо защищены от окружающего воздуха. В теплых/влажных условиях они склонны к физическому разложению носителя информации. [7] [6]
- Оптические носители
- Оптические носители, такие как CD-R , DVD-R и BD-R , могут подвергаться порче данных из-за поломки носителя. Эту проблему можно смягчить, храня диски в темном, прохладном месте с низкой влажностью. Диски «архивного качества» доступны с увеличенным сроком службы, но все же не являются постоянными. Однако сканирование целостности данных , которое измеряет частоту различных типов ошибок, позволяет предсказать разрушение данных на оптических носителях задолго до того, как произойдет неисправимая потеря данных. [8]
- И краситель диска, и защитный слой диска потенциально подвержены разрушению. Ранние красители на основе цианина, используемые в CD-R, были известны своей недостаточной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Ранние компакт-диски также страдали от бронзирования компакт-дисков , что связано с сочетанием плохого лакового материала и разрушения отражающего слоя алюминия. [9] В более поздних дисках используются более стабильные красители или вместо них используется неорганическая смесь. Алюминиевый слой также обычно заменяют сплавом золота или серебра.
- Бумажные носители
- Бумажные носители, такие как перфокарты и перфоленты , могут буквально сгнить . Майларовая перфолента — еще один подход, не основанный на электромагнитной стабильности. Разложение книг и печатной бумаги происходит главным образом за счет кислотного гидролиза гликозидных связей внутри молекулы целлюлозы , а также за счет окисления ; [10] деградация бумаги ускоряется при высокой относительной влажности , высокой температуре, а также под воздействием кислот, кислорода, света и различных загрязняющих веществ, в том числе различных летучих органических соединений и диоксида азота . [11]
Пример [ править ]
 |
Ниже приведены несколько цифровых изображений, иллюстрирующих деградацию данных, все из которых состоят из 326 272 бит. Исходное фото отображается первым. На следующем изображении один бит был изменен с 0 на 1. На следующих двух изображениях два и три бита были перевернуты. В системах Linux двоичную разницу между файлами можно выявить с помощью cmp команда (например cmp -b bitrot-original.jpg bitrot-1bit-changed.jpg).
-
0 бит перевернуты -
1 бит перевернут -
2 бита перевернуты -
3 бита перевернуты
Причины [ править ]
Это ухудшение может быть вызвано множеством факторов, влияющих на надежность и целостность цифровой информации, включая физические факторы, ошибки программного обеспечения , нарушения безопасности, человеческие ошибки , устаревшие технологии и инциденты несанкционированного доступа. [12] [13] [14] [15]
Аппаратные сбои [ править ]
Большинство дисков, контроллеров дисков и систем более высокого уровня подвержены небольшой вероятности неустранимого сбоя. вероятность возникновения порчи данных и других форм неисправленного и необнаруженного повреждения данных . С постоянно растущей емкостью дисков, размером файлов и увеличением объема данных, хранящихся на диске, увеличивается [16]
Контроллеры дисков низкого уровня обычно используют коды исправления ошибок (ECC) для исправления ошибочных данных. [17]
Программные системы более высокого уровня могут использоваться для снижения риска таких основных сбоев за счет увеличения избыточности и реализации проверки целостности, кодов исправления ошибок и алгоритмов самовосстановления. [18] Файловая ZFS система была разработана для решения многих из этих проблем, связанных с повреждением данных. [19] Файловая система Btrfs . также включает в себя механизмы защиты и восстановления данных [20] как и ReFS . [21]
См. также [ править ]
- Контрольная сумма
- Целостность базы данных
- Курирование данных
- Сохранение данных
- Очистка данных
- Цифровое постоянство
- Цифровое сохранение
- Дисковая гниль
- Обнаружение и исправление ошибок
- Ссылка гнилая
- Сохранение медиа
- RAR имеет дополнительное восстановление. Формат архивного файла
- PAR2 Формат файла восстановления
Ссылки [ править ]
- ^ Роуз, Маргарет (25 марта 2020 г.). «Что такое бит-рот?» . Техпедический словарь . Проверено 10 апреля 2024 г.
- ^ «Невидимая нейтронная угроза | Научный журнал национальной безопасности» . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Проверено 13 марта 2020 г.
- ^ О'Горман, Ти Джей; Росс, Дж. М.; Табер, АХ; Зиглер, Дж. Ф.; Мюльфельд, HP; Монтроуз, CJ; Кертис, HW; Уолш, Дж. Л. (январь 1996 г.). «Полевые испытания мягких ошибок космических лучей в полупроводниковой памяти». Журнал исследований и разработок IBM . 40 (1): 41–50. дои : 10.1147/rd.401.0041 .
- ^ Единственное событие расстройства на уровне земли, Юджин Норманд, член IEEE, Boeing Defense & Space Group, Сиэтл, Вашингтон, 98124-2499
- ^ Ли, Цяньхуэй; Ван, Ци; Ян, Лю; Ю, Сяолэй; Цзян, Иян; Он, Цзин; Хо, Цзунлян (апрель 2022 г.). «Схема принятия решения об оптимальном напряжении чтения, исключающая операции повторного чтения для флэш-памяти 3D NAND». Надежность микроэлектроники . 131 : 114509. doi : 10.1016/j.microrel.2022.114509 .
- ^ Перейти обратно: а б «Сохранение магнитных носителей» . Национальный архив Австралии . Проверено 3 ноября 2020 г. .
Высокая температура, влажность и колебания могут привести к разделению магнитного и основного слоев на катушке с лентой или к слипанию соседних петель. Высокие температуры также могут ослабить магнитный сигнал и в конечном итоге размагнитить магнитный слой.
- ^ Рисс, Дэн (июль 1993 г.). «Сохранение O Gram (номер 19/8) для сохранения магнитных носителей» (PDF) . nps.gov . Харперс-Ферри, Западная Вирджиния: Служба национальных парков / Министерство внутренних дел (США). п. 2.
На срок службы магнитных носителей наиболее серьезно влияют процессы, разрушающие связующую смолу. Влага из воздуха поглощается связующим и вступает в реакцию со смолой. В результате образуются липкие остатки, которые могут откладываться на головках ленты и вызывать слипание слоев ленты. Реакция с влагой также может привести к разрыву длинных молекулярных цепей связующего. Это ослабляет физические свойства связующего и может привести к отсутствию адгезии к основе. Эти реакции значительно ускоряются в присутствии кислот. Типичными источниками являются обычные загрязняющие газы в воздухе, такие как диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx), которые реагируют с влажным воздухом с образованием кислот. Хотя ингибиторы кислоты обычно встроены в связующий слой, со временем они могут потерять свою эффективность.
- ^ «Глоссарий QPxTool» . qpxtool.sourceforge.io . QPxTool. 01 августа 2008 г. Проверено 22 июля 2020 г.
- ^ «Бронзовый компакт-диск, тревога!» . Информационный бюллетень IASA №. 22 . Июль 1997 года. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 года . Проверено 3 августа 2007 г.
- ^ Малаховская, Эдита; Павченис, Доминика; Данчак, Яцек; Пачковска, Джоанна; Пшибыш, Камила (26 марта 2021 г.). «Старение бумаги: влияние химического состава бумаги на гидролиз и окисление» . Полимеры . 13 (7): 1029. дои : 10.3390/polym13071029 . ПМЦ 8036582 . ПМИД 33810293 .
- ^ Менарт, Ева; Де Брюин, Геррит; Стрлич, Матия (9 сентября 2011 г.). «Функции доза-реакция для исторической статьи» (PDF) . Деградация и стабильность полимеров . 96 (12): 2029–2039. doi : 10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.002 . Проверено 5 июня 2023 г.
- ^ Шэн Ланс, Ли (22 июля 2015 г.). «Что такое разрушение данных?» . Технологии в Азии . Проверено 10 апреля 2024 г.
- ^ «Определение деградации данных» . Журнал ПК . Проверено 10 апреля 2024 г.
- ^ Хакоб, Майк. «Распад данных: каковы причины?» . История Форм . Проверено 10 апреля 2024 г.
- ^ Тришес, Роберт (16 марта 2006 г.). «Ученый: Дешевые компакт-диски служат всего два года» . Афтонбладет . Проверено 10 апреля 2024 г.
- ^ Грей, Джим; ван Инген, Катарина (декабрь 2005 г.). «Эмпирические измерения частоты отказов дисков и частоты ошибок» (PDF) . Технический отчет Microsoft Research MSR-TR-2005-166 . Проверено 4 марта 2013 г.
- ^ «ECC и запасные блоки помогают защитить данные Kingston SSD от ошибок» . Компания Кингстон Технолоджи . Проверено 30 марта 2021 г.
- ^ Солтер, Джим (15 января 2014 г.). «Битро и атомные коровы: внутри файловых систем следующего поколения» . Арс Техника . Архивировано из оригинала 6 марта 2015 года . Проверено 15 января 2014 г.
- ^ Бонвик, Джефф. «ZFS: последнее слово в файловых системах» (PDF) . Ассоциация индустрии сетей хранения данных (SNIA). Архивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2013 года . Проверено 4 марта 2013 г.
- ^ «Btrfs Wiki: Возможности» . Проект btrfs . Проверено 19 сентября 2013 г.
- ^ Влодарц, Деррик (15 января 2014 г.). «Пространства хранения Windows и ReFS: пришло ли время навсегда отказаться от RAID?» . Бетаньюс . Проверено 9 февраля 2014 г.