Datenrettung von HDD mit SMR Technologie

Das Shingled Magnetic Recording (SMR) ist ein Speicherverfahren von Daten auf den Magnetscheiben einer Festplatte, welches aus dem Perpendicular Magnetic Recording (PMR) weiterentwickelt wurde. Die einzelnen Datenspuren werden im Gegensatz zum PMR nicht voneinander getrennt, sondern leicht überlappend beschrieben. Dies ermöglicht es, mehr Daten auf einer gleich großen Fläche zu speichern und erhöht damit die Datendichte und Datenkapazität. Die Leseeinheit des Schreib-Lese-Kopfes ist kleiner als die Schreibeinheit, deshalb bleiben die Daten trotz des teilweisen Überschreibens weiterhin lesbar. Das überlappende Beschreiben der Spuren hat lediglich zur Folge, dass bei einem Schreibvorgang die benachbarten Spuren ebenfalls neu beschrieben werden müssen.

Wo wird SMR verwendet?

Bisher wurde SMR hauptsächlich bei Datenträgern mit einer sehr großen Speicherkapazität (ca. 18 TB und einer Festplattengröße von 3,5 Zoll) eingesetzt. Neuerdings findet die Methode aber auch bei den Herstellern Western Digital und Seagate in kleineren Festplatten mit einer Kapazität von 1-2 bzw. 4-5 TB immer häufiger Anwendung.
Gründe der zunehmenden Verwendung sind vor allem die verhältnismäßig geringen Herstellungskosten basierend auf einem geringeren Materialverbrauch. Das Problem bei den voneinander abweichenden Speichermethoden ist, dass man oft nicht weiß, ob sich in der Festplatte nun PMR oder SMR befindet, da es bisher keine Kennzeichnung gibt. Vor allem bei externen Festplatten weiß man oft nicht, was drinnen steckt.

Vorteile von SMR:

  • höhere Speicherdichte (circa 25 % mehr Speicherkapazität)
  •  geringere Herstellungskosten
  • für lange sequenzielle Schreibvorgänge geeignet

Nachteile von SMR:

  • niedrigere Schreibgeschwindigkeit aufgrund des erneuten Beschreibens von Nachbarspuren
  • bei vielen kurzen und zufällig erfolgenden Schreibvorgängen weniger gut geeignet

Aufbau

Während in einer herkömmlichen Festplatte (PMR) die magnetischen Bereiche, auf denen die Daten gespeichert werden, eng aneinander liegen, überlappen sich die Spuren im SMR .

Festplatte mit PMR

PMR
Spuren liegen nebeneinander

 

Festplatte mit SMR

SMR
Spuren überlappen sich

Folge: benachbarte Spuren müssen beim Schreibvorgang ebenfalls neu beschrieben werden

Damit sich dieser Vorgang nicht auf die komplette Magnetscheibe ausdehnt, ist sie in  Zonen mit einer begrenzten Anzahl von Spuren unterteilt. Zusätzlich besitzen die Festplatten einen Cache, der die neu zu schreibenden Daten zwischenspeichert.

Um das Ganze etwas bildlicher und weniger technisch darzustellen, betrachten wir folgendes Beispiel:

Angenommen wir befinden uns in einem Lagerhaus (= Festplatte) mit einigen großen Paketen (=  Zonen). Ein Paket beinhaltet jeweils 20 Päckchen (= überlappende Spuren) mit vielen kleinen Gegenständen (= Daten). Wenn ich nun einen bestimmten Gegenstand aus einem Päckchen austauschen möchte, muss mir eine Maschine (= Schreib-Lesekopf) das große Paket aus dem Lager holen und es in einen extra Raum zum Auspacken (= Cache) bringen. Zuerst muss ich alle Päckchen aus dem Paket nehmen, bis ich das Richtige gefunden habe, bevor ich den Gegenstand entnehmen kann. Sobald ich diesen habe, packe ich die Päckchen zurück in das Paket und ich warte darauf, dass die Maschine das Paket an seinen Platz im Lager zurückbringt.
Dies benötigt selbstverständlich mehr Zeit und Arbeitsspeicher im Vergleich zu der Methode, einen Gegenstand direkt aus dem Päckchen im Regal zu entnehmen und ist Grund für die niedrigere Schreibgeschwindigkeit.

Ein weiterer Unterschied zum PMR ist das Formatieren. Sobald Dateien gelöscht werden, bzw. die Festplatte formatiert wird, werden diese direkt und endgültig gelöscht. Im Falle einer ungewollten Formatierung sollte deshalb die Festplatte mit SMR, wie sonst auch eine SSD, sofort von der Stromversorgung getrennt werden, um einen unwiderruflichen Datenverlust zu vermeiden.

Übersicht Unterschiede PMR & SMR

Festplatte mit PMR

  • Spuren für Datenspeicherung liegen eng nebeneinander
  • Daten können direkt entnommen und geändert werden
  • Daten sind erst „wirklich“ gelöscht, wenn diese erneut überschrieben wurden

Festplatte mit SMR

  • Spuren für Datenspeicherung überlappen sich
  • Datenspuren müssen auch bei kleinen Änderungen „Zonenweise“ neu geschrieben werden
  • Während HDD Leerlaufzeiten werden Daten dauerhaft gelöscht, nicht erst bei erneuter Überschreibung (wie TRIM Befehl bei SSDs)

Herausforderung bei der Datenrettung

Wie bereits in dem Beispiel beschrieben, muss durch die Unterteilung in Pakete seitens des Herstellers, dieses ausgepackt, geändert & zuletzt wieder eingepackt werden, wenn in dem Paket etwas verändert werden soll. Das bisherige Standardverfahren ist aufgrund der Überlappung der Spuren, also der Bündelung in die Pakete, nicht mehr möglich, weshalb neue und effektivere Verfahren erst noch entwickelt und getestet werden müssen. Dies bedeutet gleichzeitig einen höheren Zeit- & Entwicklungsaufwand in Relation zu Datenrettungen mit PMR.

Zudem stellt die Datenrettung von neueren Laufwerken eine weitere Herausforderung dar, denn die Service Area (SA) ist in sich abgeschlossen und kann nicht so leicht bearbeitet werden. Um eine Datenrettung durchzuführen, muss aber auf die Service Area zugegriffen und diese „manipuliert“ werden. Zum Schutz vor externen Zugriffen wird der Zugang zur SA gesperrt – ähnlich wie beim Handy, wenn die PIN zu oft falsch eingegeben wurde – sobald ein Versuch der Manipulation stattfindet. Eine Datenrettung wird quasi unmöglich. Oft besteht nur die Möglichkeit über ein Data Mining an die Daten zu gelangen, allerdings würde hierbei die Orderstruktur verloren gehen. Aktuell besteht dieses Problem nur bei der Marke Western Digital, aber es wird nicht allzu lange dauern, bis auch alle anderen Hersteller nachziehen. Datarecovery ist bereits in engem Kontakt mit den Herstellern und versucht eine effiziente Lösung zur Datenwiederherstellung ohne Verluste zu erarbeiten.

Data Mining

Um noch einmal zum Beispiel des Lagerhauses zurückzukommen:
Die Service Area kann wie ein Computer mit allen Informationen, wo welche Gegenstände verpackt sind, angesehen werden. Wenn der Zugriff gesperrt ist, also dieser Computer nicht funktioniert, ist man gezwungen, die einzelnen Gegenstände selbst zu suchen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, man muss jedes Paket einzeln auspacken, jeweils alle 20 Päckchen herausholen und diese nach dem gewünschten Gegenstand durchsuchen. Bestenfalls findet man zuletzt zwar alle Gegenstände, aber die Päckchen und Pakete sind nun unsortiert im gesamten Lagerhaus verteilt.

Gründe für die Sperre der SA könnten vor allem die Geheimhaltung der genauen Funktion der Festplatte, resultierend aus einem starken Konkurrenzkampf sein.

Zusammenfassung

SMR bietet einige Vorteile in der Nutzung, vor allem was die Speicherkapazität angeht. Allerdings bedeutet dies ebenso ein größeres Risiko für die Datenwiederherstellung, falls die Festplatte einmal beschädigt werden sollte. Zum aktuellen Stand ist eine Datenrettung nach bisherigem Standardverfahren nicht so einfach möglich und deshalb oft mit einem hohen Zeit- & Entwicklungsaufwand verbunden.

Logos unserer Partner
Sehr gut
Sehr freundlicher und zuverlässiger Support
Bei meinem ersten Anruf hatte ich mit einem sehr engagierten…
DATARECOVERY®
Nonnenstr. 17, 04229 Leipzig
0800 073-88-36