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  • 删除无法恢复?谈SSD固态硬盘数据恢复

    2010-9-15 10:42| 发布者: 蝴蝶| 查看: 12313| 评论: 46|原作者: Rob Williams

    摘要: 注:固态硬盘(SSD)凭借超高速的读写速度在高端玩家中颇受欢迎,但是SSD硬盘也暴露出一些不成熟的表现,之前已有过固件门、性能下降等例子。Techgage网站最新的测试显示SSD硬盘在数据恢复方面遇到了新的挑战,这一 ...
    注:固态硬盘SSD)凭借超高速的读写速度在高端玩家中颇受欢迎,但是SSD硬盘也暴露出一些不成熟的表现,之前已有过固件门、性能下降等例子。硬盘基地INTOHARD网站最新的测试显示SSD硬盘在数据恢复方面遇到了新的挑战,这一问题在支持TRIM指令的固态硬盘上尤为严重。有鉴于此,编辑将这篇文章编译过来希望能引起玩家的重视。目前这一问题还没有别的评测加以佐证,笔者手头也没有固态硬盘可重复验证,希望正在使用固态硬盘的玩家在评论中多多探讨,并注意备份自己的重要数据。

    你是否已将你的PC升级到了新一代配置(比如多核CPU、SSD固态硬盘),并为新电脑的高性能而沾沾自喜?的确,现在的PC机性能越来越强大,但是一个不小心,这个价值$2000美元的野兽也可能让你一声叹息。如果你和笔者一样喜欢在进入桌面之后加载一大堆应用程序,那么你就需要小心了。

    问题源于SSD固态硬盘,这个2.5寸的NAND硬盘可以大幅提升电脑性能,启动速度更是飞快,用过SSD硬盘的用户与普通机械硬盘一对比就会发觉两者之间巨大的差别。不过本文的重点不是SSD硬盘的性能,而是关注固态硬盘可能带来的问题,尤其是Win7系统中引入的TRIM指令可能会对数据恢复造成负面影响。这个问题目前尚有争议,但是依然值得我们去关注和探讨。

    固态硬盘以前也出过问题,还记得Intel的砖头门吗?起初人们认为这还只是Intel一家的SSD硬盘的风险,但是后来的事实证明市面上的多款SSD硬盘都有着相同的固有问题。

    几乎绝大多数存储设备在删除文件时都有如下类似的步骤:一旦用户删除文件,指向数据在硬盘上的具体位置的索引就会被删除(对于机械硬盘来说就是LBA逻辑块寻址)。举例来说,如果为了管理方便你把自己收藏的电影存放位置写在一张纸上,某天你不慎把这张纸烧掉了,实际上你只损失了一张纸,实际的电影还在。通常我们的数据存储就是这样,删除文件时只是删除了文件的索引,具体的文件还存在硬盘上。

    也正因为实际数据仍然保存在硬盘上,数据恢复才有了操作的可能,当然前提是用户没有在原位置覆盖新的数据。一旦用户误删除了重要文件,使用数据恢复软件都有很高几率成功恢复文件,这种事对机械硬盘来说并不鲜见。随着SSD硬盘的兴起,恢复数据的方法虽然没有改变,但是固态硬盘独特的使用方法使得数据恢复面临新的挑战。

    401.jpg

    机械硬盘可以随时覆写数据而不会影响硬盘的读写性能,即使使用几年后其读写速度也不会有较大变化。与之相比,固态硬盘由于NAND闪存不同的工作原理导致使用一段时间后就会遇到性能下降问题。我们可以用磁盘碎片产生的过程来解释这个问题,系统向磁盘的某个区块写入了一堆数据,在不需要的时候用户就会删除这些数据并在同位置保存别的文件,而操作系统是以固定大小的区块来保存文件的(windows系统默认格式化的时候是以4KB为一个数据单元),新保存的文件不一定能恰好填满原来占用的区块,假定一张图片的大小是6KB,需要占用一个4KB区块和另一个区块的2KB,而剩下的的2KB空间可能被另外的word文档占用,如果用户删除了图像文件,但是word文档不受影响,依然要占据剩下的2KB,因此就会产生磁盘碎片。

    随着使用时间的增长,磁盘碎片就会越来越多,进而导致磁盘性能下降,所以我们需要定期整理磁盘碎片,将碎片占用的空间整合转移,但是对于固态硬盘来说磁盘碎片整理并没有解决全部问题。

    一旦需要在原位置写入新的数据,传统的机械硬盘执行新数据写入只需要覆盖写入即可,而SSD硬盘必须要先清除原有的数据才能将新数据写入硬盘,这也是SSD硬盘性能更高的一个原因,而执行清除―写入的过程也正是TRIM指令最主要的作用所在。

    745.png   

    微软在Win7系统引入了新的基于ATA命令的TRIM指令,一旦有删除文件、格式化或者忽略文件之类的磁盘读写,系统就会向SSD硬盘发出命令清空区块中数据。这个过程很简单,但是很有实用价值。无论用户是删除文件还是格式化SSD硬盘,TRIM指令都会清空数据及索引,某种意义上来说这时的SSD硬盘相当于全新状态,不再有性能下降的问题。

    TRIM指令的作用也正是本文的由来,多数人都忽略了TRIM指令的负面影响。用户在享受TRIM带来的好处时也不知不觉中使得数据恢复的可能性降至0。如前文提到的,在机械硬盘和不支持TRIM指令上的固态硬盘上进行数据恢复没有什么问题,只有原位置没有写入新的数据,用户只需要选择合适的软件基本上就能恢复误删文件。

    数据恢复在支持TRIM的SSD上就会成为一个难题,一旦你删除了某个文件(随后又清空了回收站),你的数据可能永远也无法恢复了。因为TRIM指令的存在,用户删除数据后SSD硬盘就会彻底清空那个区块,而不是像传统的机械硬盘那样只删除索引而保留数据。

    笔者无法确认TRIM指令是否会导致机械硬盘上的数据也不可恢复,如果必须有个结论的话那么普通消费者也无法进行这样的数据恢复,当然如果有适当的工具,数据恢复也并非不可能。某种意义上我们可以把NAND闪存看做电脑的内存(RAM),内存一旦断电其中的数据就会消失无踪(某些情况下可以启动恢复很可能是使用特殊手段保证内存不断电)。

    [2.测试之前的准备]

    我们用大幅内容讨论了TRIM以及数据恢复的背景知识,那么我们如何证明受TRIM影响的SSD无法恢复数据?即便我很自信这是个事实,但是我们仍要找到实际的测试方法将这个设想付诸实践,实践才检验真理的唯一标准。

    第一页上配的图中是两款金士顿M系列80GB的SSD硬盘,1G和2G,他们其实都是基于Intel的方案,因此第一代1G不支持TRIM,而2G那款支持TRIM指令。

    测试之前,我们HDDErase对1G硬盘进行一次彻底擦除(这个过程可以当成TRIM指令操作,他们的效果是一样的,只是HDDErase擦除的是整个硬盘),2G那款只是正常安装使用。测试使用了64位Win7旗舰版,因为64位的系统中TRIM是默认开启的。

    经历以上步骤后,两款硬盘可以看作都处于出厂状态,使用系统自带的磁盘管理程序将两块硬盘格式化为NTFS格式使用。

        201.png
       
        之后笔者使用自己的文件分别复制到两块硬盘中,保证两块硬盘中的文件是同样内容同样的大小。最终每个硬盘的字节数都为79,873,675,264 byte,大小74.3GB,剩余空间只有3MB,总计40,002个文件和670各文件夹。之所以拷入这么多文件主要是保证文件类型的多样性,保证每种文件都有恢复的可能性。

        202.png

        测试之前还要检查一下Win7系统中TRIM指令是否真正有效,用户可以在命令行中输入如下指令:

    fsutil behavior query disabledeletenotify[NextPage]    如果返回的结果为0,那就意味着TRIM指令可用,如果返回结果是1则说明TRIM不可用,即便硬盘支持TRIM也没有用。需要注意的是,Windows表示TRIM可用与否并不代表它的实际工作状态,还有别的因素影响这个指令的工作,用户必须检测系统以确保TRIM指令可以正常工作。

    准备工作完成之后我们就开始实际的测试,这一步没有什么特别的,就是ctrl+a全选文件然后确定删除,那么文件到底能否恢复?下一页将会揭晓。

    [3.实战数据恢复]

    第一次的测试选择是的R-Studio数据恢复软件,结果如下:

    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题 SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    左: Non-TRIM - 右: TRIM-Enabled
    3-1.png
    刚一看到支持TRIM指令的硬盘上也是大片粉红色(意味着有文档可恢复)笔者也很受打击,以为自己的推论是错误的,不过仔细检验之后结果又很明确:不支持TRIM指令的硬盘找到了288,407个可恢复文件,支持TRIM指令的硬盘只找到了488个可恢复文件。这是否意味着TRIM固态硬盘也可以恢复数据?还不一定。

    虽然TRIM硬盘也找到了一些文件,但是全都被破坏了,这依然没有改变TRIM使得数据恢复不可能的结论,图中粉红色区块表示的可恢复文件块可能是文件系统的缘故,虽然这一点还不能确认,不过TRIM指令确实让那些寄希望恢复误删文件的用户备受打击。

    为了进一步证明我们的结论,我逐个检查恢复报告发现两块硬盘上的文件实际上依然存在,非TRIM硬盘上只要不覆盖就可以恢复所有文件(建议用户忽略软件提示的X号,大部分数据只要不被覆盖都是可以恢复的)。同时还要注意的是,TRIM硬盘只找到了根目录下的Games和Pictures两个文件夹,原本则有七个文件夹。

    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题 SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    左: Non-TRIM - 右: TRIM-Enabled
    302.png
    笔者找到的可恢复文件是我最喜欢的网游《亚瑟王的召唤》内测时的截图,有11年的历史了,因此对个人来说相当有纪念意义。如果用户重要的文件误删除并且无法恢复,想想看这会多么令人沮丧。在TRIM硬盘上恢复数据不是问题,但在TRIM硬盘上即便提示数据可恢复,最终的结果也不一定很乐观。

    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题 SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    左: Non-TRIM - 右: TRIM-Enabled
    303.png
    笔者多次尝试将数据恢复,甚至是把容量最小的txt文档也恢复了,在非TRIM硬盘上恢复的文件没有问题,而在TRIM硬盘上恢复出来的文件却遇到了奇怪的问题,即便恢复的数据与源文件大小一模一样,但是数据完全不对,内容甚至为0。例如恢复的txt文档即便是大小与原文档一样,在用note程序打开时里面的内容也是空的。(原文作者说打开的txt文档涉及个人隐私,因此没有上图―编者注。)

    为了进一步验证,笔者又使用了Ontrack and O&O's的数据恢复软件再次扫描硬盘,结果如下:

    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    左: Non-TRIM - 右: TRIM-Enabled
    04.png
    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题 SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    左: Non-TRIM - 右: TRIM-Enabled
    305.png
    从上面的截图中可以看出,TRIM硬盘在数据恢复方面再次悲剧,没有找到实际可用的索引文件。它们在TRIM硬盘上找到的只是一些杂碎文件,即便是这些文件恢复之后也找不到拥有的数据。因此我们最终认定:在支持TRIM硬盘上恢复数据基本不可能。

    [4.总结]
    从整个测试中可以看到,在TRIM固态硬盘上恢复数据基本是做无用功,一旦TRIM发出了清除数据的命令,用户只能和误删文件吻别了。耐人寻味的是,(使用TRIM指令清空数据后)会留下一些特殊的数据,笔者也没有弄明白具体是怎么回事,它可能是与NTFS文件系统有关的数据,就好像Windows系统格式化硬盘后会留下一些索引文件一样。测试得到的结果很明确:排除这些索引文件后,TRIM硬盘上的已删数据永远消失了。

    本篇测试看起来可能很很简单,而且也不是很详尽,我去年12月中旬才着手这个项目的,花了很长时间才写成这篇文章。这段时间我多次测试了非TRIM硬盘和TRIM固态硬盘,因此我对自己的发现非常自信。有意思的是,最近测试的SSD可以找到一些可恢复文件,而以前测试的硬盘删除操作后一点文件也找不到。因此这个问题看起来有随机性,但是最终的结论还是很明确的:(TRIM硬盘)一旦删除数据就再也找不回来了。

    SSD的阿喀琉斯之踵? 探究固态硬盘的数据恢复问题
    401.jpg
    在我测试的过程中,我给许多厂商都发邮件沟通过这个问题,不过并没有收到任何有价值的回应。这些公司包括数据恢复厂商、SSD制造商甚至包括主导制定ATA标准的T13公司。

    我询问的厂商中有几家SSD销售商和数据恢复软件商,SSD销售商以及他们的工程师都不能回答我们的问题,数据恢复厂商则两次挂断我们的电话,似乎没有厂商愿意我们深究数据恢复和TRIM背后的故事,因此我们得到的结论都是基于我们自己的发现。

    虽然本文的主要内容是提醒人们注意TRIM指令的负面影响,不过我们并不会一棍子将TRIM打死,毕竟TRIM指令是使SSD硬盘保持最佳性能的关键之一。TRIM可能有一点缺点,不过它仍然是保证SSD正常使用的必要技术。

    在此我们提醒使用TRIM硬盘的用户要注意备份重要数据,在非TRIM存储设备上用户还有机会恢复误删除文件,但在TRIM硬盘上并没有这么幸运,丢失的数据不可能找回来,虽然还不能确认专业恢复厂商能否找回数据,但是TRIM硬盘就像我们的内存,一旦数据被清除就再也找不回来了。

    我们之所以多次强调备份数据的重要性,是因为很多人都和笔者一样经历过误删文件带来的教训。目前固态硬盘还没有普及,本文测试发现的问题也只是影响一小部分人群,但是用户依然有必要备份自己的重要数据,一旦出现以外可能后悔都来不及。

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      • 引用 hihun 2015-4-2 13:35
        原来如此呀,有利有弊@@@
      • 引用 hawkyuan 2015-4-6 09:48
        最折中的方法是SSD只用作系统盘,机械硬盘充当数据存储的介质,并且把桌面和我的文档转移到C盘之后的分区.
      • 引用 loginxx 2015-4-9 22:59
        噢。多谢楼主的研究成果。赞一个。
      • 引用 英胜数据恢复 2015-4-10 08:59
        说实话,这个不能这样确定!
        删除的我就恢复成功过,SSD的。。。
      • 引用 phy 2015-4-10 15:00
        厉害,长知识了。
      • 引用 hch100 2015-4-11 07:05
        很好的文章,学习了!
      • 引用 xxyysq 2015-4-25 20:32
        楼主厉害。。。。。。。。
      • 引用 lyly851123 2015-5-3 16:53
        大家五一节快乐!!看来还都没回来,论坛人好少啊
      • 引用 chengkao06 2015-5-6 14:02
        一旦需要在原位置写入新的数据,传统的机械硬盘执行新数据写入只需要覆盖写入即可,而SSD硬盘必须要先清除原有的数据才能将新数据写入硬盘,这也是SSD硬盘性能更高的一个原因。

        对于这句话我不太理解,按这句话的意思就是说,机械硬盘直接覆盖,也就是(一个动作)直接写入文件;而SSD硬盘是先清除原有数据,后写入新数据,这样就是要用两个动作才能完成新数据的写入,为什么两个动作要比一个动作的性能更高呢???
      • 引用 csdn 2015-5-15 23:57
        chengkao06 发表于 2015-5-6 14:02
        一旦需要在原位置写入新的数据,传统的机械硬盘执行新数据写入只需要覆盖写入即可,而SSD硬盘必须要先清除 ...

        http://www.intohard.com/article-571-1.html
        这篇文章也许能够帮到你理解;

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