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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。
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。
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)。
第2页: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。
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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79,873,675,264byte,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。
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
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。
第3页: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:
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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。
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笔者找到的可恢复文件是我最喜欢的网游《亚瑟王的召唤》内侧时的截图,有11年的历史了,因此对个人来说相当有几年异议。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。
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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OntrackandO&Os的数据恢复软件再次扫描硬盘,结果如下:
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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。
第4页:全文总结
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。
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