硬盘上的数据是否会在没有 Windows 警告我尝试访问数据时发生这种情况的情况下降级？

Question

硬盘的物理降级是否可能导致文件内容中的位“翻转”而操作系统“注意到”并在读取文件时告诉您它？例如，ASCII 文本文件（二进制 0111000 0）中的“p”是否可以更改为“q”（0111000 1），然后用户（我）能够打开文件并查看“q”而不知道发生了故障已经发生了？

我对与 FAT、NTFS 或 ReFS 相关的答案感兴趣......如果它有所作为。

我想知道操作系统是否保护我免受此影响，或者我是否应该检查我的数据在副本之间/随时间变化的不变性。

Answer 1

是的，有一种叫做位腐烂的东西。

但是不，它不会在你不注意的情况下影响你。

当驱动器将一个扇区写入盘片时，它不仅仅是以它们存储在 RAM 中的相同方式写入位 - 它使用编码来确保没有任何相同位的序列太长，并添加了 ECC 代码，使其能够修复影响几位的错误，并检测影响超过几位的错误。

当驱动器读取扇区时，它会检查这些 ECC 代码，并在必要和可能的情况下修复数据。接下来发生的事情取决于环境和驱动器的固件，这受驱动器名称的影响。

• 如果一个扇区可以被读取并且没有 ECC 问题，它就会被传递给操作系统
• 如果一个扇区可以轻松修复，修复后的版本可以写入磁盘、回读和验证，以确定错误是随机错误（宇宙射线……）还是介质存在系统错误
• 如果驱动器确定介质有错误，它会重新分配扇区
• 如果在几次读取尝试后无法读取或纠正扇区，则在指定为 RAID 驱动器的驱动器上，该驱动器将放弃，重新分配该扇区，并告诉控制器存在问题。它依赖 RAID 控制器从其他 RAID 成员重建扇区，并将其写回故障驱动器，然后将其存储在重新分配的扇区中，希望不会出现问题。
• 如果无法在台式机驱动器上读取或更正扇区，则驱动器将进行更多尝试来读取它。根据驱动器的质量，这可能涉及重新定位磁头、检查重复读取时是否有任何位翻转、检查哪些位最弱，以及其他一些事情。如果这些尝试中的任何一个成功，驱动器将重新分配扇区并写回修复的数据。

（这是作为“桌面”、“NAS/RAID”或“视频监控”驱动器出售的驱动器之间的主要区别之一。RAID 驱动器可以快速放弃并让控制器修复扇区以避免延迟用户端。桌面驱动器会一次又一次地重试，因为让用户等待几秒钟可能比告诉他们数据丢失要好。视频驱动器更重视恒定的数据速率而不是错误恢复，因为损坏的帧通常会获胜甚至不会被注意到。）

无论如何，驱动器将知道是否有位腐烂，通常会从中恢复，如果不能，它将告诉控制器，后者将告诉驱动程序，后者将告诉操作系统。然后，由操作系统向用户呈现此错误并对其采取行动。这就是为什么赛博纳德说

我自己从未目睹过任何一个错误，但我见过很多硬盘驱动器的整个扇区都出现故障。

驱动器会知道该扇区有问题，但它不知道哪些位出现故障。（一个失败的比特总是会被 ECC 捕获）。

请注意，CHKDSK，并自动修复文件系统，不涉及练习器数据中的文件。那些针对文件系统结构的损坏；就像目录条目和分配的块数之间的文件大小不同。NTFS 的自我修复功能将检测结构损坏并防止它们进一步影响您的数据，它们不会修复任何已经损坏的数据。

当然，数据可能会损坏还有其他原因。例如。控制器上的坏 RAM 可能会在数据发送到驱动器之前改变数据。在这种情况下，驱动器上的任何机制都不会检测或修复数据，这可能是文件系统结构损坏的原因之一。其他原因包括普通软件错误、写入磁盘时停电（尽管这是通过文件系统日志解决的）或错误的文件系统驱动程序（Linux 上的 NTFS 驱动程序在很长一段时间内默认为只读，因为 NTFS 被逆向工程，未记录） ，并且开发人员不信任他们自己的代码）。

我曾经遇到过这种情况，应用程序会将其所有文件保存到两个不同服务器的不同数据中心，以便在所有情况下保留数据的工作副本。几个月后，我们注意到在其中一个副本上，大约 0.1% 的所有文件与应用程序存储在其数据库中的 MD5 总和不匹配。原来是服务器和 SAN 之间的光纤电缆有问题。

这些其他原因是某些文件系统（如 ZFS）保留额外校验和信息以检测错误的原因。它们旨在保护您免受更多可能出错的事情的影响，而不仅仅是一点点腐烂。

Answer 2

是的，硬盘驱动器可以而且确实会在没有操作系统警告的情况下降级。它被称为位腐烂。我自己从未目睹过任何一个错误，但我见过很多硬盘驱动器的整个扇区都出现故障。

Windows 没有对 NTFS 文件系统结构之外的文件内容进行内置保护。将 NTFS 视为一本书：它仅保护目录并验证内容是否匹配。但是，如果损坏位于页面中间，则无法提供保护。FAT什么都没有。硬盘驱动器在每个扇区的基础上采用 ECC 纠错，但驱动器不会告诉 Windows。某些文件类型专门使用 CRC、MD5 或 SHA 哈希来检测损坏，但它们不能修复任何问题。

即使这样，散列也只会告诉您存在问题，但它不知道错误所在的位置。

硬盘驱动器具有 SMART 功能，可监控硬盘驱动器的健康状况，但除非驱动器处于危险状态，否则 BIOS 不会警告您。最糟糕的是，默认情况下，您的 BIOS 中通常会禁用 SMART。您可以通过软件监控数字，但不同的驱动器有不同的问题。如果您有一堆重新定位的扇区，或者您的 ECC 错误不断增加。如果您每天有 100,000 个新的 ECC，这是一个不好的迹象。

许多文件类型没有防止位腐烂的保护。比如TXT和BMP，根本没有保护。Winrar 有一个可选选项可以将奇偶校验数据添加到存档中，这将使文件更大，但它可以检测（与添加的奇偶校验数据量成比例）并修复此类错误。

我知道的所有其他压缩程序都检测到错误，但对此无能为力。

最终，扇区中的错误将非常糟糕，ECC 无法纠正它，即使它是错误的，驱动器也会为您提供读取的内容。

您可以使用 QuickPar 或类似方法来创建奇偶校验数据文件，但据我所知，没有办法使其自动化。例如，当您必须手动更新奇偶校验时，您实际上自己更改了文件。您还可以拥有一组文件的奇偶校验数据，但您更改了 1 个文件，并且必须重新创建整个奇偶校验集。这对所有人来说都是一个真正令人头疼的问题，但文件数量很少。