stringtranslate.com

Ухудшение качества данных

Деградация данных — это постепенное повреждение компьютерных данных из -за накопления некритических сбоев в устройстве хранения данных . Это также называется упадком данных , порчей данных или битовой порчей . [1] Это приводит к снижению качества данных с течением времени, даже если данные не используются.

Первичные хранилища

Ухудшение качества данных в динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) может произойти, когда электрический заряд бита в DRAM рассеивается, что может привести к изменению программного кода или сохраненных данных. DRAM может быть изменен космическими лучами [2] или другими частицами высокой энергии . Такое ухудшение качества данных известно как мягкая ошибка . [3] Память ECC может использоваться для смягчения этого типа ухудшения качества данных. [4]

Вторичные хранилища

Деградация данных происходит из-за постепенного разрушения носителя информации в течение многих лет или дольше. Причины различаются в зависимости от носителя:

Твердотельные носители
EPROM , флэш-память и другие твердотельные накопители хранят данные, используя электрические заряды, которые могут медленно утекать из-за несовершенной изоляции. Современные микросхемы флэш-контроллера учитывают эту утечку, пробуя несколько более низких пороговых напряжений (пока не пройдет ECC ), продлевая срок действия данных. Многоуровневые ячейки с гораздо меньшим расстоянием между уровнями напряжения не могут считаться стабильными без этой функциональности. [5]
Сам чип не подвержен этому, поэтому его перепрограммирование примерно раз в десятилетие предотвращает разрушение. Для перепрограммирования требуется неповрежденная копия основных данных. Контрольная сумма может использоваться для подтверждения того, что данные на чипе еще не повреждены и готовы к перепрограммированию.
Магнитные носители
Магнитные носители, такие как жесткие диски , дискеты и магнитные ленты , могут испытывать распад данных, поскольку биты теряют свою магнитную ориентацию. Более высокая температура ускоряет скорость магнитных потерь. Как и в случае с твердотельными носителями, перезапись полезна, пока сам носитель не поврежден (см. ниже). [6] Современные жесткие диски используют гигантское магнитосопротивление и имеют более высокий срок службы магнитов, порядка десятилетий. Они также автоматически исправляют любые ошибки, обнаруженные ECC, путем перезаписи. Однако зависимость от заводской серводорожки может усложнить восстановление данных, если они станут невосстановимыми.
Дискеты и ленты плохо защищены от окружающего воздуха. В теплых/влажных условиях они подвержены физическому разложению носителя информации. [7] [6]
Оптические носители
Оптические носители, такие как CD-R , DVD-R и BD-R , могут подвергаться разрушению данных из-за поломки носителя информации. Это можно смягчить, храня диски в темном, прохладном месте с низкой влажностью. Диски «архивного качества» доступны с увеличенным сроком службы, но все равно не являются вечными. Однако сканирование целостности данных , которое измеряет скорость различных типов ошибок, способно предсказать разрушение данных на оптических носителях задолго до возникновения неисправимой потери данных. [8]
Как краситель диска, так и подложка диска потенциально подвержены разрушению. Ранние красители на основе цианина, используемые в CD-R, были печально известны своей недостаточной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Ранние компакт-диски также страдали от бронзирования компакт-дисков , что связано с сочетанием плохого лакового материала и неисправностью алюминиевого отражающего слоя. [9] Более поздние диски используют более стабильные красители или отказываются от них в пользу неорганической смеси. Алюминиевый слой также часто заменяют на золотой или серебряный сплав.
Бумажные носители
Бумажные носители, такие как перфокарты и перфолента , могут буквально сгнить . Майларовая перфолента — еще один подход, который не полагается на электромагнитную стабильность. Деградация книг и печатной бумаги в первую очередь обусловлена ​​кислотным гидролизом гликозидных связей в молекуле целлюлозы , а также окислением ; [10] деградация бумаги ускоряется при высокой относительной влажности , высокой температуре, а также под воздействием кислот, кислорода, света и различных загрязняющих веществ, включая различные летучие органические соединения и диоксид азота . [11]

Пример

Ниже приведены несколько цифровых изображений, иллюстрирующих деградацию данных, все из которых состоят из 326 272 бит. Первой отображается исходная фотография. На следующем изображении один бит был изменен с 0 на 1. На следующих двух изображениях были перевернуты два и три бита. В системах Linux двоичную разницу между файлами можно выявить с помощью cmpкоманды (например, cmp -b bitrot-original.jpg bitrot-1bit-changed.jpg).

Причины

Это ухудшение может быть вызвано различными факторами, которые влияют на надежность и целостность цифровой информации, включая физические факторы, ошибки программного обеспечения , нарушения безопасности, человеческие ошибки , устаревшие технологии и случаи несанкционированного доступа. [12] [13] [14] [15]

Сбои оборудования

Большинство дисков, контроллеров дисков и систем более высокого уровня подвержены небольшой вероятности неустранимого сбоя. С постоянно растущими емкостями дисков, размерами файлов и увеличением объема данных, хранящихся на диске, увеличивается вероятность возникновения ухудшения данных и других форм неисправленного и необнаруженного повреждения данных . [16]

Низкоуровневые контроллеры дисков обычно используют коды исправления ошибок (ECC) для исправления ошибочных данных. [17]

Системы программного обеспечения более высокого уровня могут использоваться для снижения риска таких базовых сбоев путем увеличения избыточности и внедрения проверки целостности, кодов исправления ошибок и алгоритмов самовосстановления. [18] Файловая система ZFS была разработана для решения многих из этих проблем повреждения данных. [19] Файловая система Btrfs также включает механизмы защиты и восстановления данных, [20] как и ReFS . [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Рауз, Маргарет (25 марта 2020 г.). «Что такое Bit Rot?». Словарь Techopedia . Получено 10 апреля 2024 г.
  2. ^ "Невидимая нейтронная угроза | Журнал национальной безопасности". Национальная лаборатория Лос-Аламоса . Получено 13.03.2020 .
  3. ^ O'Gorman, TJ; Ross, JM; Taber, AH; Ziegler, JF; Muhlfeld, HP; Montrose, CJ; Curtis, HW; Walsh, JL (январь 1996 г.). «Полевые испытания на наличие мягких ошибок, вызванных космическими лучами, в полупроводниковых запоминающих устройствах». IBM Journal of Research and Development . 40 (1): 41–50. doi :10.1147/rd.401.0041.
  4. ^ Одиночное событие, нарушение на уровне земли, Юджин Норманд, член IEEE, Boeing Defense & Space Group, Сиэтл, Вашингтон 98124-2499
  5. ^ Ли, Цяньхуэй; Ван, Ци; Ян, Лю; Юй, Сяолей; Цзян, Иян; Хэ, Цзин; Хуо, Цзунлян (апрель 2022 г.). «Оптимальная схема принятия решения по напряжению чтения, исключающая операции повторного чтения для флэш-памяти 3D NAND». Надежность микроэлектроники . 131 : 114509. doi :10.1016/j.microrel.2022.114509.
  6. ^ ab "Сохранение магнитных носителей". Национальный архив Австралии . Получено 3 ноября 2020 г. Высокая температура, влажность и колебания могут привести к разделению магнитных и базовых слоев в катушке ленты или блокировке соседних петель. Высокие температуры также могут ослабить магнитный сигнал и в конечном итоге размагнитить магнитный слой.
  7. ^ Рисс, Дэн (июль 1993 г.). "Conserve O Gram (номер 19/8) Preservation Of Magnetic Media" (PDF) . nps.gov . Харперс-Ферри, Западная Вирджиния: Служба национальных парков / Министерство внутренних дел (США). стр. 2. На долговечность магнитных носителей наиболее серьезно влияют процессы, которые воздействуют на связующую смолу. Влага из воздуха поглощается связующим и реагирует со смолой. В результате образуется липкий остаток, который может осаждаться на головках ленты и вызывать слипание слоев ленты. Реакция с влагой также может приводить к разрывам длинных молекулярных цепей связующего. Это ослабляет физические свойства связующего и может привести к отсутствию адгезии к подложке. 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, образуя кислоты. Хотя ингибиторы кислотности обычно встраиваются в связующий слой, со временем они могут потерять свою эффективность.
  8. ^ "Глоссарий QPxTool". qpxtool.sourceforge.io . QPxTool. 2008-08-01 . Получено 22 июля 2020 .
  9. ^ "Bronzed CD alert!". Информационный бюллетень IASA № 22. Июль 1997 г. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 г. Получено 3 августа 2007 г.
  10. ^ 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. 
  11. ^ Menart, Eva; De Bruin, Gerrit; Strlič, Matija (9 сентября 2011 г.). "Функции доза-реакция для исторической статьи" (PDF) . Polymer Degradation and Stability . 96 (12): 2029–2039. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.002 . Получено 5 июня 2023 г. .
  12. ^ Шэн Лэнс, Ли (22 июля 2015 г.). «Что такое деградация данных?». Технологии в Азии . Получено 10 апреля 2024 г.
  13. ^ "Определение деградации данных". PC Magazine . Получено 10 апреля 2024 г.
  14. ^ Акоп, Майк. «Упадок данных: каковы причины?». FormStory . Получено 10 апреля 2024 г.
  15. ↑ Тришес, Роберт (16 марта 2006 г.). «Forskare: Billiga cd-skivor holler bara i tvår». Афтонбладет . Проверено 10 апреля 2024 г.
  16. ^ Грей, Джим; ван Инген, Кэтрин (декабрь 2005 г.). "Эмпирические измерения частоты отказов и ошибок на дисках" (PDF) . Технический отчет Microsoft Research MSR-TR-2005-166 . Получено 4 марта 2013 г. .
  17. ^ "ECC и запасные блоки помогают защитить данные SSD Kingston от ошибок". Kingston Technology Company . Получено 30 марта 2021 г.
  18. ^ Salter, Jim (15 января 2014 г.). «Bitrot и атомарные COW: Внутри файловых систем «следующего поколения»». Ars Technica . Архивировано из оригинала 6 марта 2015 г. Получено 15 января 2014 г.
  19. ^ Бонвик, Джефф. "ZFS: Последнее слово в файловых системах" (PDF) . Ассоциация индустрии сетевых хранилищ (SNIA). Архивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2013 г. . Получено 4 марта 2013 г. .
  20. ^ "btrfs Wiki: Features". Проект btrfs . Получено 19 сентября 2013 г.
  21. ^ Влодарц, Деррик (15 января 2014 г.). «Windows Storage Spaces и ReFS: пришло ли время отказаться от RAID навсегда?». Betanews . Получено 2014-02-09 .