Nach der Sommerhitze: Wenn Festplatten und SSDs erst Wochen später auffällig werden

Wärme beschädigt Speichermedien selten schlagartig. Sie verschiebt Betriebsparameter innerhalb ihrer Toleranzen, und solange ein Laufwerk diese Verschiebung durch interne Korrekturmechanismen auffängt, bleibt der Betrieb unauffällig. Erst wenn die Reserven knapp werden oder eine Last hinzukommt, die es im Sommer nicht gab, tritt der Fehler nach außen. Deshalb fällt manches Gerät nicht in der Hitzewelle aus, sondern beim ersten größeren Backup-Lauf, beim monatlichen Konsistenzcheck oder nach einem Neustart im September.

Was in mechanischen Festplatten passiert

Festplatten arbeiten mit Toleranzen im Nanometerbereich. Der Schreib-Lese-Kopf bewegt sich auf einem extrem dünnen Luftpolster in wenigen Nanometern Abstand über der rotierenden Plattenoberfläche, auf der zusätzlich eine sehr dünne Schmierstoffschicht liegt. Temperatur beeinflusst das Verhalten dieser Grenzfläche. Auch das Spindellager und die Bauteile auf der Elektronikplatine altern unter Wärme schneller. Für viele Aluminium-Elektrolytkondensatoren, wie sie in Netzteilen und auf Platinen von NAS-Systemen verbaut sind, wird als Faustregel angenommen, dass sich die rechnerische Lebensdauer bei einer um zehn Kelvin höheren Betriebstemperatur ungefähr halbieren kann. Hersteller weisen darauf hin, dass diese Regel eine Näherung ist und nicht für jeden Kondensator und jeden Temperaturbereich gleichermaßen gilt.

Warum SSDs anders reagieren

Bei SSDs geht es nicht um Mechanik, sondern um die Ladung in den Speicherzellen. NAND-Flash hält Informationen als Ladungszustand fest, und diese Ladung fließt über die Zeit ab. Wie schnell das geschieht, hängt stark von der Temperatur ab. Das schlägt sich auch in den JEDEC-Vorgaben zur Datenerhaltung nieder: Angaben zur Retention beziehen sich immer auf eine definierte Lagertemperatur, bei höherer Temperatur verkürzt sich der Zeitraum. Im eingeschalteten Betrieb können Controller je nach Modell über Fehlerkorrektur und interne Refresh- beziehungsweise Wartungsmechanismen gegensteuern. Bei längerer stromloser Lagerung stehen solche aktiven Mechanismen nicht zur Verfügung. Hohe Lagertemperaturen können die Datenhaltung zusätzlich verkürzen, besonders bei bereits stark beanspruchten Flash-Zellen.

Sichtbar wird das später über die Fehlerkorrektur. Verschobene Ladungszustände lassen sich zunächst auffangen, Zugriffe können sich dabei durch zusätzliche Korrektur- und Wiederholungsversuche verlängern. Irgendwann liegt ein Block außerhalb dessen, was die Korrektur noch auflösen kann. Für den Anwender sieht das aus wie ein plötzlicher Defekt, obwohl der Vorgang Wochen gedauert hat.

Was die SMART-Werte zeigen und was nicht

Viele Laufwerke protokollieren neben der aktuellen auch eine höchste gemessene Temperatur. Verfügbarkeit und Bezugszeitraum dieser Werte sind allerdings geräteabhängig, sie lassen sich nicht bei jedem Modell voraussetzen. Wo solche Werte vorliegen, können sie Hinweise darauf geben, welche Temperaturspitzen das Laufwerk erreicht hat. Aufschlussreich sind außerdem die Zahl der umgelagerten und der schwebenden Sektoren, die Lesefehlerrate und bei SSDs die Werte zu Verschleiß und Fehlerkorrektur.

Steigen relevante Fehlerzähler über mehrere Messzeitpunkte an, kann das auf einen sich verschlechternden Laufwerkszustand hinweisen. Die Ursache lässt sich aus SMART-Daten allein jedoch nicht bestimmen. Ein unauffälliges Protokoll ist umgekehrt keine Entwarnung. Größere Feldauswertungen zu Festplattenausfällen zeigen seit Jahren, dass ein erheblicher Teil der Laufwerke ohne vorherige Auffälligkeit in den überwachten Attributen ausfällt. SMART meldet, was der Controller messen kann, und das ist weniger, als viele annehmen.

Was jetzt sinnvoll ist

Der Herbst ist der Zeitpunkt, an dem sich ein verschlechterter Zustand noch günstig abfangen lässt. Wo ein Monitoring vorliegt, hilft der Abgleich der aktuellen SMART-Werte mit den Werten aus dem Frühjahr. Wo kein Verlauf existiert, ist zumindest die einmalige Aufnahme des Istzustands als Referenz für die kommenden Monate sinnvoll. Backups sollten nicht nur auf erfolgreiche Durchläufe geprüft werden, sondern auf die tatsächliche Rückspielbarkeit einzelner Dateien. Ein Sicherungsmedium, das im selben warmen Raum stand, war derselben Belastung ausgesetzt wie das Produktivsystem.

Besondere Vorsicht gilt bei RAID-Systemen mit nur einer Laufwerksredundanz, etwa RAID 5. Fällt dort eine Platte aus, setzt der Rebuild die verbleibenden Laufwerke einer hohen und lang anhaltenden Lesebelastung aus, auch in Bereichen, die im normalen Betrieb selten angefasst wurden. Die übrigen Platten sind dabei häufig ähnlich alt und wurden unter vergleichbaren Bedingungen betrieben. Treten während des Rebuilds auf einem weiteren Laufwerk schwerwiegende Fehler auf, kann die reguläre Fehlertoleranz überschritten werden. Eine Wiederherstellung wird dann erheblich komplexer und ist über einen normalen Rebuild häufig nicht mehr möglich. Zeigen neben dem ausgefallenen Laufwerk weitere Verbundmitglieder Auffälligkeiten, sollte ein Rebuild deshalb nicht vorschnell gestartet werden. In solchen Fällen ist es sinnvoll, zunächst den Zustand aller Laufwerke zu bewerten und, soweit technisch möglich, sektorbasierte Abbilder anzulegen.

Zeigt ein Datenträger bereits Symptome, also ungewohnte Geräusche, wiederholte Verbindungsabbrüche oder Dateien, die sich nicht mehr öffnen lassen, spricht viel dafür, das Gerät auszuschalten und nicht weiter zu betreiben. Jeder weitere Zugriff belastet ein bereits geschädigtes Medium zusätzlich und kann insbesondere bei mechanischen Defekten den Schaden vergrößern. Schreibende Reparaturfunktionen von Dateisystem-Werkzeugen verändern darüber hinaus den vorhandenen Datenbestand und können Strukturen überschreiben, die für eine spätere Rekonstruktion benötigt werden.

Vorgehen im Labor

RecoveryLab versucht bei geschädigten Datenträgern zunächst, soweit technisch möglich, ein sektorbasiertes Abbild zu erstellen, und arbeitet für die weitere Analyse auf Arbeitskopien. Muss eine mechanisch beschädigte Festplatte für Arbeiten an Kopf- oder Platteneinheit geöffnet werden, erfolgt dies unter geeigneten Reinraumbedingungen. Bei SSDs steht unter anderem die Frage im Vordergrund, in welchem Zustand Controller, NAND-Speicher und die für die logische Zuordnung erforderlichen FTL-Strukturen sind und welche Informationen sich noch auslesen oder rekonstruieren lassen. Ob und in welchem Umfang eine Wiederherstellung gelingt, hängt vom Ausmaß der Schädigung ab und davon, wie stark der Datenträger nach dem ersten Auffälligwerden noch beansprucht wurde.

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