하드 디스크 드라이브 고장

Hard disk drive failure
머리 충돌, 디스크 장애의 한 유형.플래터는 일반적으로 최신 드라이브에서 매끄러워야 하며, 헤드 충돌은 플래터와 헤드의 돌이킬 수 없는 손상뿐만 아니라 전체 데이터 손실에 부분적으로 영향을 미친다.또한 이 과정에서 입자가 배출되어 드라이브 내부가 작동하기에 충분히 깨끗하지 않을 수 있다.

하드 디스크 드라이브 고장은 하드 디스크 드라이브가 오작동하여 저장된 정보에 적절하게 구성된 컴퓨터로 액세스할 수 없을 때 발생한다.null

하드디스크 고장은 정상 작동 중에 발생하거나 화재나 물이나 높은 자기장에 노출되는 등의 외부 요인에 의해 발생하거나 급격한 충격이나 환경 오염으로 인해 머리 충돌로 이어질 수 있다.null

또한 하드 드라이브에 저장된 정보는 데이터 손상, 하드 드라이브의 마스터 부트 레코드의 중단 또는 파괴로 인해 또는 디스크의 내용을 고의로 파괴하는 악성코드에 의해 액세스 불가능한 상태가 될 수 있다.null

원인들

하드 드라이브가 고장나는 원인은 인적 오류, 하드웨어 고장, 펌웨어 손상, 미디어 손상, 열, 물 손상, 전원 문제 및 사고 등 여러 가지가 있다.[1]드라이브 제조업체는 일반적으로 개별 단위의 동작을 예측할 수 없는 모집단 통계인 MTBF 또는 연간 고장률(AFR)을 지정한다.[2]이들은 단기간 동안 지속적으로 드라이브 샘플을 구동하고, 드라이브의 물리적 구성 요소에 대한 마모와 파손 결과를 분석하며, 수명을 합리적으로 추정할 수 있도록 외삽하여 계산한다.하드 디스크 드라이브 고장은 욕조 곡선의 개념을 따르는 경향이 있다.[3]일반적으로 드라이브는 제조 과정에서 결함이 있을 경우 단시간 내에 고장 난다.드라이브가 설치 후 몇 개월 동안 신뢰할 수 있는 것으로 판명될 경우, 드라이브는 신뢰할 수 있는 상태를 유지할 가능성이 훨씬 더 높다.따라서 드라이브가 몇 년 동안 일상적으로 많이 사용되어도 세밀하게 검사하지 않는 한 눈에 띄는 마모 징후를 보이지 않을 수 있다.반면에 드라이브는 많은 다른 상황에서 언제든지 고장날 수 있다.null

드라이브 고장의 가장 악명 높은 원인은 머리 충돌로, 보통 표면 위를 맴돌기만 하는 장치의 내부 읽기-쓰기 헤드플래터에 닿거나 자기 데이터 저장 표면을 긁는 것이다.머리 충돌은 대개 심각한 데이터 손실을 유발하며, 데이터 복구 시도는 적절한 장비를 갖춘 전문가가 하지 않으면 추가 손상을 일으킬 수 있다.드라이브 플래터는 매우 얇은 비정전기 윤활유 층으로 코팅되어 있어 충돌이 발생할 경우 읽기/쓰기 헤드가 플래터의 표면에서 쉽게 벗어날 수 있다.그러나 이 머리는 플래터 표면에서 불과 나노미터만 맴돌기 때문에 충돌 위험이 인정된다.null

다른 고장 원인은 공기 필터 결함이다.오늘날 드라이브의 공기 필터는 드라이브 엔클로저와 외부 환경 사이의 대기 압력과 습기를 균등하게 한다.필터가 먼지 입자를 포획하지 못하면 입자가 플래터 위에 착륙할 수 있어, 우연히 머리가 이 입자를 쓸면 머리 충돌의 원인이 된다.머리 충돌 후 손상된 플래터와 헤드 미디어의 입자가 하나 이상의 불량 섹터를 유발할 수 있다.이는 플래터 손상 외에도 드라이브를 빠르게 무용지물로 만들 수 있다.null

드라이브에는 컨트롤러 전자 장치도 포함되어 있으며, 이 전자 장치에는 때때로 장애가 발생한다.이 경우 컨트롤러 보드를 교체하여 모든 데이터를 복구할 수 있다.null


디스크 고장 현상은 드라이브에만 국한되지 않고 다른 유형의 자기 미디어에도 적용된다.1990년대 후반, Zip 드라이브에 사용된 Iomega의 100메가바이트 Zip 디스크는 죽음의 클릭에 의해 영향을 받았으며, 접근하면 드라이브가 끝없이 클릭되어 곧 고장날 것임을 나타내기 때문에 그렇게 불린다. 3.5인치 플로피 디스크도 디스크 고장의 희생자가 될 수 있다.드라이브나 미디어가 더럽다면, 사용자는 드라이브에 접근하려고 할 때 죽음의 소음을 경험할 수 있다.null

드라이브 장애의 징후

하드 디스크 드라이브의 고장은 치명적이거나 점진적일 수 있다.전자는 일반적으로 CMOS 설정에 의해 더 이상 감지될 수 없거나, 운영체제가 절대 보지 못하도록 BIOS POST를 통과하지 못하는 드라이브로 제시된다.점진적인 하드 드라이브 장애는 데이터 손상 및 PC의 속도 저하와 같은 증상(접근 성공 전에 반복적인 읽기 시도가 필요한 하드 드라이브의 영역 실패에 의해 야기됨)이 멀웨어와 같은 다른 많은 컴퓨터 문제로 인해 발생할 수 있기 때문에 진단하기가 더 어려울 수 있다.하드 드라이브의 나쁜 부문의 증가 징후가 될 수 있지만, 전에 하드 드라이브의 결함 관리 시스템 또는 백업 부문에에게 보유하고 하지 않는 한 유틸리티 그 바이러스를 잡을 수 있table,[4]그들은 ScanDisk 같은 시설에 분명하게 되지 않을 것 때문에 하드 드라이브 자동으로 그것의 자신의 성장에 결함 추가하다.기Rnal 하드 드라이브 결함 관리 시스템 고갈(드라이브가 완전히 고장날 정도)빠른 또는 느린 탐색-투-엔드 소음(사망 클릭)과 같은 주기적인 반복 탐색 패턴은 하드 드라이브 문제를 나타낼 수 있다.[5]null

착륙 구역 및 하중/언로드 기술

약 2.0mm x 3.0mm 하드 디스크(1998 Fujitsu 3.5" 하드 디스크에서 읽기/쓰기 헤드 사용
구형 하드 디스크 드라이브 헤드 및 슬라이더 마이크로토그래프(1990년대)
불량 섹터의 데이터를 읽는 동안 이전 하드 드라이브의 소음 발생

정상 작동 중에는 HDD의 헤드가 디스크에 기록된 데이터 위로 날아간다.최신 HDD는 데이터 저장에 사용되지 않는 플래터의 특수 랜딩 존으로 헤드를 물리적으로 이동(주차)하거나 플래터로부터 올려진 정지(무부하) 위치에 헤드를 물리적으로 고정시킴으로써 정전이나 기타 오작동이 데이터 존에 헤드를 착륙시키는 것을 방지한다.일부 초기 PC HDD는 전원이 너무 일찍 차단되어 헤드가 데이터에 착륙할 때 헤드를 자동으로 고정하지 않았다.다른 초기 장치에서는 사용자가 수동으로 헤드를 고정하는 프로그램을 실행했다.null

랜딩존

착륙 구역은 일반적으로 내부 직경(ID)에 가까운 플래터의 영역으로, 데이터는 저장되지 않는다.이 지역을 CSS(연락처 Start/Stop) 구역 또는 착륙 구역이라고 한다.디스크는 스프링 또는 최근에는 플래터의 회전 관성을 사용하여 예기치 않은 정전 시 헤드를 고정하도록 설계된다.이 경우 스핀들 모터가 일시적으로 제너레이터 역할을 하여 액추에이터에 전원을 공급한다.null

헤드 마운팅에서 나오는 스프링 장력은 끊임없이 헤드를 플래터 쪽으로 밀어낸다.디스크가 회전하는 동안, 헤드는 공기 베어링에 의해 지지되고 물리적인 접촉이나 마모를 경험하지 않는다.CSS 드라이브에서 헤드 센서(흔히 헤드라고도 함)를 운반하는 슬라이더는 미디어 표면에서 다수의 착륙과 이륙을 견딜 수 있도록 설계되었지만, 이러한 미세한 구성 요소의 마모와 파손은 결국 피해를 입는다.대부분의 제조업체는 시동 시 손상 가능성이 50% 이상으로 높아지기 전에 5만 번의 접촉 사이클에서 살아남기 위해 슬라이더를 설계한다.그러나 붕괴 속도는 선형적이지 않다. 디스크가 더 젊고 시동 정지 주기가 적은 경우, 오래된 고마일 디스크보다 다음 시동 시 생존할 가능성이 더 높다(머리 부분이 말 그대로 디스크 표면을 따라 공기 베어링이 설정될 때까지 끌 때).예를 들어, Seagate Barracuda 7200.10 시리즈 데스크탑 하드 디스크 드라이브는 50,000회의 Start-Stop 사이클로 평가된다. 즉, 시험 중 최소 50,000회의 Start-Stop 사이클 이전에는 헤드-플래터 인터페이스로 인한 고장이 발견되지 않았다.[6]null

1995년경 IBM은 디스크의 착륙대를 정밀 레이저 공정(레이저 존 텍스처 = LZT)으로 제작하여 착륙 구역에서 매끄러운 나노미터 크기의 "범프"를 배열하여 제작함으로써 마찰력과 마모 성능을 크게 향상시키는 기술을 개척하였다.[7]이 기술은 현재도 주로 저용량의 Seagate 데스크탑 드라이브에서 사용되고 있지만,[8] 로드/언로드 램프를 위해 2.5인치 드라이브와 고용량 데스크탑, NAS 및 기업용 드라이브로 단계적으로 폐지되었다.일반적으로 CSS 기술은 예를 들어 습도가 증가함에 따라 마찰력이 증가하기 쉽다(머리 부분이 접시 표면에 붙는 경향.과도한 마찰은 플래터와 슬라이더 또는 스핀들 모터에 물리적 손상을 일으킬 수 있다.null

하역

로드/언로드 기술은 머리 부분이 플래터에서 안전한 위치로 들어 올려지는 것에 의존하므로 마모 및 마찰의 위험이 완전히 제거된다.최초의 HDD RAMAC와 대부분의 초기 디스크 드라이브는 헤드를 로드하고 언로드하기 위해 복잡한 메커니즘을 사용하였다.거의 모든 최신 HDD는 외부 디스크 가장자리 근처의 플라스틱 "램프"에 로드/언로드하기 위해 1967년 Memorex에 의해 처음 도입된 램프 로딩을 사용한다.[9]노트북 드라이브는 내충격성을 높여야 하기 때문에 이것을 채택했고, 결국 대부분의 데스크탑 드라이브에서 채택되었다.null

충격의 강건성을 해소하기 위해 IBM은 Active Protection System이라고 불리는 ThinkPad 노트북 컴퓨터 제품군을 위한 기술도 개발했다.씽크패드에 내장된 가속도계에 의해 갑작스럽고 날카로운 움직임이 감지되면 내부 하드디스크 헤드가 자동으로 언로드되어 잠재적인 데이터 손실이나 스크래치 결함의 위험을 줄인다.애플은 이후 이 기술을 파워북, 아이북, 맥북 프로, 서든 모션 센서로 알려진 맥북 라인에도 활용했다.소니,[10] HP,[11] 그리고 도시바[12] 그들의 노트북 컴퓨터에 유사한 기술을 발표했다.null

고장 모드

하드 드라이브는 여러 가지 방법으로 고장날 수 있다.실패는 즉각적이고 총체적일 수도 있고, 진보적일 수도 있고, 제한적일 수도 있다.데이터는 완전히 파괴되거나 부분적으로 또는 완전히 복구될 수 있다.null

초기 드라이브는 사용과 마모로 불량 섹터를 개발하는 경향이 있었다. 이러한 불량 섹터는 "매핑"될 수 있으므로 사용하지 않고 드라이브 작동에 영향을 주지 않았으며, 단기간에 많은 불량 섹터가 개발되지 않는 한 정상으로 간주되었다.일부 초기 드라이브에는 드라이브의 케이스에 불량 섹터가 나타나는 대로 나열되는 테이블이 부착되어 있기도 했다.[13]나중에 드라이브가 사용자에게 보이지 않는 방식으로 불량 섹터를 자동으로 매핑할 수 있다.드라이브가 물리적으로 헤드를 다시 연결된 섹터로 이동해야 하므로 성능이 저하될 수 있지만 섹터가 다시 연결된 드라이브는 계속 사용될 수 있다.S.M.A.R.T.(자체 모니터링, 분석 및 보고 기술)를 통해 이용할 수 있는 통계와 로그는 재매핑에 대한 정보를 제공한다.최신 HDD에서 각 드라이브는 사용자가 볼 수 있는 불량 섹터가 0개씩 제공되며 불량/재할당 섹터는 곧 발생할 드라이브의 고장을 예측할 수 있다.null

진행적이거나 제한적일 수 있는 다른 장애는 대개 드라이브를 교체해야 하는 이유로 간주된다. 잠재적으로 위험에 노출될 수 있는 데이터의 가치는 고장이 발생할 수 있는 드라이브를 계속 사용함으로써 절감되는 비용보다 훨씬 더 크다.반복적이지만 복구 가능한 읽기 또는 쓰기 오류, 비정상적인 소음, 과도하고 비정상적인 가열, 기타 이상 징후는 경고 신호다.null

  • 머리 충돌: 기계적인 충격 또는 다른 이유로 인해 머리가 회전 플래터에 닿을 수 있다.기껏해야 접촉이 이루어진 곳에서 돌이킬 수 없는 손상과 데이터 손실을 야기할 것이다.최악의 경우 손상 부위에서 긁어낸 파편이 모든 헤드와 플래터를 오염시키고 모든 플래터의 모든 데이터를 파괴할 수 있다.초기에는 손상이 부분적으로만 발생한 경우, 드라이브를 계속 회전시키면 손상이 완전히 끝날 때까지 연장될 수 있다.[14]
  • 불량 섹터: 일부 자기 섹터는 전체 드라이브를 사용할 수 없게 만들지 않고 결함이 발생할 수 있음.이것은 제한된 발생일 수도 있고 곧 실패하게 될 징조일 수도 있다.재할당된 섹터가 있는 드라이브는 곧 고장날 가능성이 상당히 높아진다.
  • 스틱: 스틱이라고 알려진 현상인 플래터에 붙는 경향이 있기 때문에 잠시 후에 머리가 "벗지" 않을 수 있다.이는 대개 플래터 표면의 부적절한 윤활 특성, 마모보다는 설계 또는 제조상의 결함 때문이다.이것은 1990년대 초반까지 가끔 일부 설계에서 일어났다.
  • 회로 고장: 전기 회로의 구성 요소가 정전기 방전 또는 사용자 오류로 인해 드라이브를 작동 불능 상태로 만들 수 있음
  • 베어링모터 고장: 전기 모터가 고장나거나 연소될 수 있으며, 베어링은 적절한 작동을 방지하기에 충분히 마모될 수 있다.현대적 드라이브는 유체 동적 베어링을 사용하기 때문에 현대적 하드 드라이브 고장의 원인은 비교적 드물다.[15]
  • 기타 기계적 고장: 어떤 메커니즘의 부품, 특히 움직이는 부품은 파손되거나 고장나 정상 작동을 방해할 수 있으며, 파편에 의한 추가 손상이 발생할 수 있다.

장애 메트릭

대부분의 주요 하드 디스크 및 마더보드 벤더는 S.M.A.R.을 지원한다.작동 온도, 스핀업 시간, 데이터 오류율 등 구동 특성을 측정하는 T.이러한 매개변수의 특정 경향과 갑작스러운 변화는 드라이브 장애 및 데이터 손실의 가능성 증가와 관련이 있는 것으로 생각된다.단, S.M.A.R.T. 매개변수만으로는 개별 드라이브 고장을 예측하는 데 유용하지 않을 수 있다.[16]여러 S.M.A.R.T. 매개변수가 고장 확률에 영향을 미치지만, 고장 드라이브의 상당 부분은 예측 S.M.A.R.T. 매개변수를 생성하지 않는다.[16]모든 데이터가 손실될 수 있으므로 정상적인 사용 시 언제든지 예측할 수 없는 고장이 발생할 수 있다.손상된 드라이브에서 일부 또는 모든 데이터를 복구하는 것은 때때로 가능하지만 항상 가능한 것은 아니며 일반적으로 비용이 많이 든다.null

구글이 발표한 2007년 연구는 고장률과 고온 또는 활동 수준 사이의 상관관계가 거의 없다고 제안했다.실제로, 구글 연구는 "우리의 주요 연구 결과 중 하나는 높은 온도 드라이브 또는 높은 사용률 수준의 드라이브에 대해 더 높은 고장률의 일관된 패턴이 없다는 것이다."[17]라고 밝혔다.Hard drives with S.M.A.R.T.-reported average temperatures below 27 °C (81 °F) had higher failure rates than hard drives with the highest reported average temperature of 50 °C (122 °F), failure rates at least twice as high as the optimum S.M.A.R.T.-reported temperature range of 36 °C (97 °F) to 47 °C (117 °F).[16]제조업체와 모델, 고장률의 상관관계가 비교적 강했다.구글은 일부 서버에 Hitachi Deskstar 드라이브를 사용하는 것으로 밝혀졌음에도 불구하고,[16] 대부분의 기업들은 이 문제의 통계를 극비리에 보관하고 있다.[18]null

구글의 2007년 연구는 대용량 드라이브 현장 샘플에 기초하여 개별 드라이브의 실제 연간 고장률(AFR)이 1년차 드라이브의 경우 1.7%에서 3년차 드라이브의 경우 8.6%까지 다양하다는 것을 발견했다.[19]기업용 드라이브에 대한 CMU의 유사한 2007년 연구는 MTBF가 제조업체의 사양보다 3~4배 낮았으며, 대규모 드라이브 표본에 대한 교체 기록을 바탕으로 1~5년 동안 평균 3%의 AFR로 추정되었으며 하드 드라이브 고장은 시간에 따라 높은 상관 관계가 있음을 보여주었다.[20]null

잠재 섹터 오류에 대한 2007년 연구(위의 전체 디스크 고장 연구와는 대조적으로)는 연간 섹터와 함께 150만 개의 디스크 중 3.45%가 32개월 동안 잠재 섹터 오류를 발생(니어라인 디스크 3.15% 및 엔터프라이즈급 디스크 중 1.46%가 출하일로부터 12개월 이내에 잠재 섹터 오류를 1개 이상 개발함)했다.1년에서 2년 사이에 증가하는 에러율기업용 드라이브는 소비자 드라이브보다 섹터 오류가 적었다.백그라운드 스크러빙은 이러한 오류를 수정하는 데 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.[21]null

SCSI, SASFC 드라이브는 소비자용 SATA 드라이브보다 더 비싸며, 일반적으로 서버와 디스크 어레이에서 사용되는데, SATA 드라이브는 가정용 컴퓨터와 데스크탑 및 근거리 스토리지 시장에 판매되어 신뢰성이 떨어진다고 인식되었다.이 구별은 이제 모호해지고 있다.null

SATA 드라이브의 평균 고장 시간(MTBF)은 대개 약 100만 시간(웨스턴 디지털 랩터 같은 일부 드라이브는 140만 시간 MTBF 등급)으로 지정되며,[22] SAS/FC 드라이브는 160만 시간 이상 등급이다.[23]현대의 헬륨 충전 드라이브는 브리더 포트 없이 완전히 밀폐되어 있어 이물질 유입의 위험을 제거하여 전형적인 250만 시간의 MTBF가 발생한다.그러나 독립적인 연구에 따르면 MTBF는 드라이브의 수명(서비스 수명)에 대한 신뢰할 수 있는 추정치가 아니다.[24]MTBF는 테스트 챔버의 실험실 환경에서 수행되며 디스크 드라이브의 품질을 결정하는 중요한 메트릭이지만 최종 마모 단계 이전에 드라이브의 사용 수명("욕조 곡선"의 중간)에 걸쳐 비교적 일정한 고장률만 측정하도록 설계되었다.[20][25][26]MTBF에 대한 보다 해석 가능하지만 동등한 메트릭은 연간 고장률(AFR)이다.AFR은 연간 예상되는 드라이브 장애 비율이다.AFR과 MTBF 모두 하드 디스크 드라이브의 수명 초기 부분에서만 신뢰성을 측정하는 경향이 있으므로, 사용한 드라이브의 실제 고장 확률을 과소평가한다.[27]null

클라우드 스토리지 회사 백블레이즈는 하드 드라이브 신뢰성에 대한 연례 보고서를 작성한다.단, 대표적인 조건이나 용도가 아닌 기업 환경에서 전개되는 범용 소비자 드라이브를 주로 사용한다고 한다.소비자 드라이브는 또한 데이터 센터에서 사용되는 종류의 엔터프라이즈 RAID 카드와 함께 작동하도록 테스트되지 않으며 RAID 컨트롤러가 예상하는 시간 내에 응답하지 않을 수 있다. 이러한 카드는 고장 난 것으로 식별된다.[28]이러한 종류의 테스트의 결과는 기업 내 또는 극심한 스트레스 하에서 소비자 드라이브의 성능을 정확하게 나타내지만 정상 또는 의도된 사용에서 성능을 정확하게 나타내지 못할 수 있기 때문에 서로 다른 사용자와 관련되거나 무관할 수 있다.[citation needed]null

고장률이 높은 드라이브 제품군의 예

  1. IBM 3380 DASD, 1984 ca.[29]
  2. Computer Memory Inc.[30] PC/AT용 20MB HDD, 1985 ca.
  3. Fujitsu MPG3 및 MPF3 시리즈, 2002 ca.[31]
  4. IBM Deskstar 75GXP, 2001 ca.[32]
  5. Seagate ST3000DM001, 2012 ca.[33]

완화

디스크 장애로 인한 데이터 손실을 방지하기 위해 공통 솔루션에는 다음이 포함된다.

  • 장애 후 데이터를 복원할 수 있는 데이터 백업
  • 잠재적 손상을 감지하고 복구하기 위한 데이터 스크러빙
  • 개별 드라이브의 장애를 시스템이 허용할 수 있는 데이터 중복성
  • 외부 기계적 힘으로부터 노트북 드라이브를 보호하기 위한 능동형 하드 드라이브 보호
  • 하드 드라이브에 포함된 S.M.A.R.T(자체 모니터링, 분석 및 보고 기술)로 예측 가능한 고장 모드에 대한 조기 경고 제공
  • 데이터 센터의 서버 랙에서 사용되는 기본 격리

데이터 복구

플래터의 자기 코팅이 완전히 파괴되지 않은 경우 고장 난 드라이브의 데이터를 부분적으로 또는 완전히 복구할 수 있다.전문 기업은 상당한 비용을 들여 데이터 복구를 수행한다.드라이브를 클린룸에서 열고 고장 난 부품을 교체하거나 활성화하기 위해 적절한 장비를 사용함으로써 데이터를 복구할 수 있다.[34]비록 명목상 서로 다른 시기에 제작된 동일 모델의 드라이브는 서로 다른 회로 기판을 가지고 있지만, 전자 기판을 교체하는 것은 때때로 가능하다.더욱이 현대 드라이브의 전자 보드에는 대개 시스템 영역에 접근하는 데 필요한 드라이브별 적응 데이터가 포함되어 있으므로 관련 구성 요소를 재프로그래밍(가능한 경우)하거나 미분양 및 두 개의 전자 보드 간에 전송해야 한다.[35][36]null

때로는 데이터 복구에 충분한 시간 동안 작업을 복원할 수 있으며, 파일 조각과 같은 재구성 기술이 필요할 수 있다.드라이브가 다른 방법으로 비활성화된 경우에는 위험한 기술이 정당화될 수 있다.일단 드라이브가 시작되면 더 짧거나 더 긴 시간 동안 계속 실행될 수 있지만 다시 시작하지 않을 수 있으므로, 드라이브가 시작되자마자 가능한 많은 데이터가 복구된다.null

참조

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참고 항목

외부 링크