硬碟忽然掉電會損壞硬碟和數據嗎？

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每個人的無數個過去的瞬間定義了現在的自己。那些歡樂悲傷的瞬間也許對別人無關痛癢，對自己來說卻是彌足珍貴。硬碟里的照片和文檔承載著過去美好的瞬間和知識的積累，對大家來說是十分寶貴的，遠遠不是硬碟的那幾百一千的價格所能衡量。

現在的個人電腦早就不是原來嬌貴的高科技產品，不可中斷電源也不復存在，誰沒有過在一次忽然斷電後，憂心硬碟損壞的的經歷。在重新開啟電源的瞬間，心中默念，如果這次沒問題，下次我一定做好備份！可是當看見操作正常啟動，除了當時編輯的資料有很小部分丟失而其他完好無缺後，卻又忘記的自己的承諾，繼續裸奔，直到下一個循環。

我們知道操作系統為了效率的考慮，在文件系統驅動中都有緩存。Word等軟體會創建臨時文件，不停地刷新該文件的緩存來儘可能避免數據的損失。而最新的NTFS等現代的日誌型文件系統也比傳統的FAT對意外掉電的魯棒性提高很多。

這是軟體的角度，而如果硬體上沒有保證的話，這些都是揚湯止沸之舉。那麼如果我們從硬體的角度來了解一下，硬體工程師們為我們的數據安全都做了哪些努力。我們來分別看看硬碟的兩種典型的形態：機械硬碟和固態硬碟SSD，它們都是怎麼處理掉電（Power Failure/Loss）的。

機械硬碟

典型的溫切斯特硬碟結構如下：

一般操作情況下，碟片（2）在轉子（1）的帶動下，以每分鐘數千轉的速度飛速旋轉。轉臂(5)在程序指令下，帶著磁頭（4）來到指定位置開始讀取/寫入數據。

磁頭是依靠空氣動力的原理懸浮在磁碟表面，高度比頭髮絲還細。這樣它既可以迅速準確的讀取/寫入內容，又不會和盤面接觸（想像一下數千轉的速度旋轉的磁碟和磁頭接觸時會發生什麼）。這時如果沒有電了，磁碟不轉了，空氣浮力也不復存在，磁頭就會慢慢降落，進而碰到碟片，引發物理損傷。那怎麼避免這種情況呢？

正常斷電的時候，硬碟控制晶元會收到SATA控制器傳來的STANDBY IMMEDIATE命令；而SAS和SCSI硬碟會收到stop命令。這時控制器會把磁頭歸位到一個叫做Parking Zone的地方：

磁頭完美地停在停車區，避免了和磁碟接觸。而在停好之前，關機時序並不能夠結束，保證了整個過程的完整性。似乎很完美，但是意外斷電的時候，並不會收到各種命令，也沒有時間從容的停車，那該怎麼辦呢？

心細的同學也許注意到我在介紹硬碟構造的圖片中沒有介紹3的位置。其實這裡別有玄機，這裡叫做Landing Zone。這裡並沒有磁軌，表面介質也不同：

在意外斷電的情況下，磁碟控制器會利用空氣動力和一些電容的余電，將磁頭移到Landing Zone裡面降落，從而保證不會劃傷碟片。Landing Zone也是硬碟沒事幹時，磁頭的休息區。還有些硬碟廠商採用load/unload技術來做類似的事情，這裡就不詳細介紹了。

固態硬碟SSD

固態硬碟沒有機械旋轉，應該不會出問題吧。其實沒有那麼簡單，看過我們固態硬碟系列的讀者應該都知道FTL的存在（雜談快閃記憶體三：FTL）。FTL的邏輯塊和物理塊的轉換表必須存儲在NAND Flash上，否則會造成混亂；高端企業級硬碟上有大量的DRAM來加速，其中的內容也必須存儲下來。

在正常關電的時候，和機械硬碟類似，SATA的STANDBY IMMEDIATE命令和SCSI的Stop指令是合適的存儲這些信息的機會。SSD控制器可以從容的將這些信息寫在合適的地方。

在意外掉電的情況下，情況就複雜不少。不知道大家注意過沒有，現在M.2的SSD上面有很多很小的電容：

在Vcc沒電的時候，這些電容的gate就會打開，會為主控爭取1ms左右的時間。主控會立刻放棄現在所有沒有存儲的數據，而立刻開始存儲FTL表，保證不會出大問題。

在企業級的SSD中，有的DRAM大小將近1GB，而企業SSD的數據完整性要求極高，不容有失，不但FTL表要存好，DRAM中沒有存儲過的，也必須全部存下來。這就需要很大的電容，來爭取更多的時間，如果我們拆開企業SSD，就會發現很多大黃快：

這個Micron的SSD有3塊，而Intel的部分SSD，因為DRAM很大，大電容達到8塊！

有些低端SSD廠商，沒有電容，或者在長時間使用後電容能力下降。在掉電後，FTL表並沒有存下來。而是採取在下一次上電的時候重建FTL表，這是用戶就會發現SSD反應很慢，要一會才會恢復正常。

結論

古老的機械硬碟沒有各種保護功能，掉電的確會造成物理上的損傷，帶來數據丟失。現在的無論機械硬碟和固態硬碟，一般來說忽然斷電都不會損壞硬碟，丟失的數據也僅限於Cache裡面沒有存下來的，風險不大。

那麼有同學提了個邪惡的知乎體問題，怎麼優雅的弄壞機械硬碟呢？其實也很簡單，在大量讀寫硬碟的時候猛烈搖動/震動硬碟，讓磁頭狠狠的劃傷表面，神仙也救不回來被物理劃傷的部分數據了。

後記

有很多同學留言問我某些情況下磁碟會不會損壞等等。我建議大家重要的數據一定要做好備份，畢竟數據是無價的，丟了再就找不回來了。現在硬碟損壞，數據恢復的價格是很貴的，動輒數千上萬，而且經常只能恢復部分數據。再加上我們的某些數據因為敏感性，擔心數據恢復公司濫用（誰想當陳冠希？），也不想給他們恢復。也許大家還記得去年的病毒勒索事件，我的一個朋友的所有照片都被加密了，欲哭無淚啊。

我的建議是重要數據，如照片和文檔等都要保存兩份（熱備份），至少離線備份兩份份（冷備份）。才能保證數據無虞。我後期可能會寫些磁碟數據恢復的文章，大家可以看看。

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