硬盘忽然掉电会损坏硬盘和数据吗？
2019-04-19
加入收藏
每个人的无数个过去的瞬间定义了现在的自己。那些欢乐悲伤的瞬间也许对别人无关痛痒，对自己来说却是弥足珍贵。硬盘里的照片和文档承载着过去美好的瞬间和知识的积累，对大家来说是十分宝贵的，远远不是硬盘的那几百一千的价格所能衡量。
现在的个人电脑早就不是原来娇贵的高科技产品，不可中断电源也不复存在，谁没有过在一次忽然断电后，忧心硬盘损坏的的经历。在重新开启电源的瞬间，心中默念，如果这次没问题，下次我一定做好备份！可是当看见操作正常启动，除了当时编辑的资料有很小部分丢失而其他完好无缺后，却又忘记的自己的承诺，继续裸奔，直到下一个循环。
我们知道操作系统为了效率的考虑，在文件系统驱动中都有缓存。word等软件会创建临时文件，不停地刷新该文件的缓存来尽可能避免数据的损失。而最新的NTFS等现代的日志型文件系统也比传统的FAT对意外掉电的鲁棒性提高很多。
这是软件的角度，而如果硬件上没有保证的话，这些都是扬汤止沸之举。那么如果我们从硬件的角度来了解一下，硬件工程师们为我们的数据安全都做了哪些努力。我们来分别看看硬盘的两种典型的形态：机械硬盘和固态硬盘SSD，它们都是怎么处理掉电（Power Failure/Loss）的。
机械硬盘
典型的温切斯特硬盘结构如下：
一般操作情况下，盘片（2）在转子（1）的带动下，以每分钟数千转的速度飞速旋转。转臂(5)在程序指令下，带着磁头（4）来到指定位置开始读取/写入数据。
磁头是依靠空气动力的原理悬浮在磁盘表面，高度比头发丝还细。这样它既可以迅速准确的读取/写入内容，又不会和盘面接触（想象一下数千转的速度旋转的磁盘和磁头接触时会发生什么）。这时如果没有电了，磁盘不转了，空气浮力也不复存在，磁头就会慢慢降落，进而碰到盘片，引发物理损伤。那怎么避免这种情况呢？
正常断电的时候，硬盘控制芯片会收到SATA控制器传来的STANDBY IMMEDIATE命令；而SAS和SCSI硬盘会收到stop命令。这时控制器会把磁头归位到一个叫做Parking Zone的地方：
磁头完美地停在停车区，避免了和磁盘接触。而在停好之前，关机时序并不能够结束，保证了整个过程的完整性。似乎很完美，但是意外断电的时候，并不会收到各种命令，也没有时间从容的停车，那该怎么办呢？
心细的同学也许注意到我在介绍硬盘构造的图片中没有介绍3的位置。其实这里别有玄机，这里叫做Landing Zone。这里并没有磁道，表面介质也不同：
在意外断电的情况下，磁盘控制器会利用空气动力和一些电容的余电，将磁头移到Landing Zone里面降落，从而保证不会划伤盘片。Landing Zone也是硬盘没事干时，磁头的休息区。还有些硬盘厂商采用load/unload技术来做类似的事情，这里就不详细介绍了。
固态硬盘SSD
固态硬盘没有机械旋转，应该不会出问题吧。其实没有那么简单，看过我们固态硬盘系列的读者应该都知道FTL的存在（杂谈闪存三：FTL）。FTL的逻辑块和物理块的转换表必须存储在NAND Flash上，否则会造成混乱；高端企业级硬盘上有大量的DRAM来加速，其中的内容也必须存储下来。
在正常关电的时候，和机械硬盘类似，SATA的STANDBY IMMEDIATE命令和SCSI的Stop指令是合适的存储这些信息的机会。SSD控制器可以从容的将这些信息写在合适的地方。
在意外掉电的情况下，情况就复杂不少。不知道大家注意过没有，现在M.2的SSD上面有很多很小的电容：
在Vcc没电的时候，这些电容的gate就会打开，会为主控争取1ms左右的时间。主控会立刻放弃现在所有没有存储的数据，而立刻开始存储FTL表，保证不会出大问题。
在企业级的SSD中，有的DRAM大小将近1GB，而企业SSD的数据完整性要求极高，不容有失，不但FTL表要存好，DRAM中没有存储过的，也必须全部存下来。这就需要很大的电容，来争取更多的时间，如果我们拆开企业SSD，就会发现很多大黄快：
这个Micron的SSD有3块，而Intel的部分SSD，因为DRAM很大，大电容达到8块！
有些低端SSD厂商，没有电容，或者在长时间使用后电容能力下降。在掉电后，FTL表并没有存下来。而是采取在下一次上电的时候重建FTL表，这是用户就会发现SSD反应很慢，要一会才会恢复正常。
结论
古老的机械硬盘没有各种保护功能，掉电的确会造成物理上的损伤，带来数据丢失。现在的无论机械硬盘和固态硬盘，一般来说忽然断电都不会损坏硬盘，丢失的数据也仅限于Cache里面没有存下来的，风险不大。
那么有同学提了个邪恶的知乎体问题，怎么优雅的弄坏机械硬盘呢？其实也很简单，在大量读写硬盘的时候猛烈摇动/震动硬盘，让磁头狠狠的划伤表面，神仙也救不回来被物理划伤的部分数据了。
后记
有很多同学留言问我某些情况下磁盘会不会损坏等等。我建议大家重要的数据一定要做好备份，毕竟数据是无价的，丢了再就找不回来了。现在硬盘损坏，数据恢复的价格是很贵的，动辄数千上万，而且经常只能恢复部分数据。再加上我们的某些数据因为敏感性，担心数据恢复公司滥用（谁想当陈冠希？），也不想给他们恢复。也许大家还记得去年的病毒勒索事件，我的一个朋友的所有照片都被加密了，欲哭无泪啊。
我的建议是重要数据，如照片和文档等都要保存两份（热备份），至少脱机备份两份份（冷备份）。才能保证数据无虞。我后期可能会写些磁盘数据恢复的文章，大家可以看看。
现在的个人电脑早就不是原来娇贵的高科技产品，不可中断电源也不复存在，谁没有过在一次忽然断电后，忧心硬盘损坏的的经历。在重新开启电源的瞬间，心中默念，如果这次没问题，下次我一定做好备份！可是当看见操作正常启动，除了当时编辑的资料有很小部分丢失而其他完好无缺后，却又忘记的自己的承诺，继续裸奔，直到下一个循环。
我们知道操作系统为了效率的考虑，在文件系统驱动中都有缓存。word等软件会创建临时文件，不停地刷新该文件的缓存来尽可能避免数据的损失。而最新的NTFS等现代的日志型文件系统也比传统的FAT对意外掉电的鲁棒性提高很多。
这是软件的角度，而如果硬件上没有保证的话，这些都是扬汤止沸之举。那么如果我们从硬件的角度来了解一下，硬件工程师们为我们的数据安全都做了哪些努力。我们来分别看看硬盘的两种典型的形态：机械硬盘和固态硬盘SSD，它们都是怎么处理掉电（Power Failure/Loss）的。
机械硬盘
典型的温切斯特硬盘结构如下：
一般操作情况下，盘片（2）在转子（1）的带动下，以每分钟数千转的速度飞速旋转。转臂(5)在程序指令下，带着磁头（4）来到指定位置开始读取/写入数据。
磁头是依靠空气动力的原理悬浮在磁盘表面，高度比头发丝还细。这样它既可以迅速准确的读取/写入内容，又不会和盘面接触（想象一下数千转的速度旋转的磁盘和磁头接触时会发生什么）。这时如果没有电了，磁盘不转了，空气浮力也不复存在，磁头就会慢慢降落，进而碰到盘片，引发物理损伤。那怎么避免这种情况呢？
正常断电的时候，硬盘控制芯片会收到SATA控制器传来的STANDBY IMMEDIATE命令；而SAS和SCSI硬盘会收到stop命令。这时控制器会把磁头归位到一个叫做Parking Zone的地方：
磁头完美地停在停车区，避免了和磁盘接触。而在停好之前，关机时序并不能够结束，保证了整个过程的完整性。似乎很完美，但是意外断电的时候，并不会收到各种命令，也没有时间从容的停车，那该怎么办呢？
心细的同学也许注意到我在介绍硬盘构造的图片中没有介绍3的位置。其实这里别有玄机，这里叫做Landing Zone。这里并没有磁道，表面介质也不同：
在意外断电的情况下，磁盘控制器会利用空气动力和一些电容的余电，将磁头移到Landing Zone里面降落，从而保证不会划伤盘片。Landing Zone也是硬盘没事干时，磁头的休息区。还有些硬盘厂商采用load/unload技术来做类似的事情，这里就不详细介绍了。
固态硬盘SSD
固态硬盘没有机械旋转，应该不会出问题吧。其实没有那么简单，看过我们固态硬盘系列的读者应该都知道FTL的存在（杂谈闪存三：FTL）。FTL的逻辑块和物理块的转换表必须存储在NAND Flash上，否则会造成混乱；高端企业级硬盘上有大量的DRAM来加速，其中的内容也必须存储下来。
在正常关电的时候，和机械硬盘类似，SATA的STANDBY IMMEDIATE命令和SCSI的Stop指令是合适的存储这些信息的机会。SSD控制器可以从容的将这些信息写在合适的地方。
在意外掉电的情况下，情况就复杂不少。不知道大家注意过没有，现在M.2的SSD上面有很多很小的电容：
在Vcc没电的时候，这些电容的gate就会打开，会为主控争取1ms左右的时间。主控会立刻放弃现在所有没有存储的数据，而立刻开始存储FTL表，保证不会出大问题。
在企业级的SSD中，有的DRAM大小将近1GB，而企业SSD的数据完整性要求极高，不容有失，不但FTL表要存好，DRAM中没有存储过的，也必须全部存下来。这就需要很大的电容，来争取更多的时间，如果我们拆开企业SSD，就会发现很多大黄快：
这个Micron的SSD有3块，而Intel的部分SSD，因为DRAM很大，大电容达到8块！
有些低端SSD厂商，没有电容，或者在长时间使用后电容能力下降。在掉电后，FTL表并没有存下来。而是采取在下一次上电的时候重建FTL表，这是用户就会发现SSD反应很慢，要一会才会恢复正常。
结论
古老的机械硬盘没有各种保护功能，掉电的确会造成物理上的损伤，带来数据丢失。现在的无论机械硬盘和固态硬盘，一般来说忽然断电都不会损坏硬盘，丢失的数据也仅限于Cache里面没有存下来的，风险不大。
那么有同学提了个邪恶的知乎体问题，怎么优雅的弄坏机械硬盘呢？其实也很简单，在大量读写硬盘的时候猛烈摇动/震动硬盘，让磁头狠狠的划伤表面，神仙也救不回来被物理划伤的部分数据了。
后记
有很多同学留言问我某些情况下磁盘会不会损坏等等。我建议大家重要的数据一定要做好备份，毕竟数据是无价的，丢了再就找不回来了。现在硬盘损坏，数据恢复的价格是很贵的，动辄数千上万，而且经常只能恢复部分数据。再加上我们的某些数据因为敏感性，担心数据恢复公司滥用（谁想当陈冠希？），也不想给他们恢复。也许大家还记得去年的病毒勒索事件，我的一个朋友的所有照片都被加密了，欲哭无泪啊。
我的建议是重要数据，如照片和文档等都要保存两份（热备份），至少脱机备份两份份（冷备份）。才能保证数据无虞。我后期可能会写些磁盘数据恢复的文章，大家可以看看。
