Tecnología de autocontrol, análisis y generación de informes
Monitoring system in computer drives
Software que muestra el estado de la unidad y sus atributos inteligentes. [1]
La tecnología de automonitoreo, análisis y generación de informes ( SMART o por sus siglas en inglés ) es un sistema de monitoreo incluido en las unidades de disco duro (HDD) y unidades de estado sólido (SSD) de las computadoras . [2] Su función principal es detectar e informar varios indicadores de confiabilidad de la unidad, o cuánto tiempo puede funcionar una unidad mientras se anticipan fallas inminentes del hardware. [3] [4]
Cuando los datos SMART indican una posible falla inminente de la unidad, el software que se ejecuta en el sistema host puede notificar al usuario para que se puedan tomar medidas para evitar la pérdida de datos , y la unidad defectuosa se puede reemplazar y no se pierden datos . [5]
Fondo
Los discos duros y otras unidades de almacenamiento están sujetos a fallos (ver fallo del disco duro ) que pueden clasificarse en dos clases básicas:
Fallas predecibles que resultan de procesos lentos como el desgaste mecánico y la degradación gradual de las superficies de almacenamiento. El monitoreo puede determinar cuándo es más probable que ocurran dichas fallas.
Fallas impredecibles que ocurren sin previo aviso debido a cualquier cosa, desde componentes electrónicos defectuosos hasta una falla mecánica repentina , incluidas fallas relacionadas con un manejo inadecuado.
Las fallas mecánicas representan aproximadamente el 60% de todas las fallas de las unidades. [6]
Si bien la falla final puede ser catastrófica, la mayoría de las fallas mecánicas son resultado del desgaste gradual y, por lo general, hay ciertas indicaciones de que la falla es inminente. Estas pueden incluir un aumento de la producción de calor, un aumento del nivel de ruido, problemas con la lectura y escritura de datos o un aumento en la cantidad de sectores de disco dañados.
La página de PCTechGuide sobre SMART (2003) comenta que la tecnología ha pasado por tres fases: [7]
En su forma original, SMART ofrecía predicción de fallos mediante el control de ciertas actividades en línea del disco duro. Una versión posterior del estándar mejoró la predicción de fallos añadiendo un análisis de lectura fuera de línea automático para controlar operaciones adicionales. Los atributos en línea siempre se actualizan, mientras que los atributos fuera de línea se actualizan cuando el disco duro no está en condiciones de funcionamiento. Si hay una necesidad inmediata de actualizar los atributos fuera de línea, el disco duro se ralentiza y los atributos fuera de línea se actualizan. La última tecnología "SMART" no sólo controla las actividades del disco duro, sino que añade prevención de fallos al intentar detectar y reparar errores de sectores.
Además, mientras que las versiones anteriores de la tecnología sólo controlaban la actividad del disco duro en busca de datos que recuperaba el sistema operativo, esta última SMART prueba todos los datos y todos los sectores de un disco mediante el uso de la "recopilación de datos fuera de línea" para confirmar el estado del disco durante los períodos de inactividad.
Exactitud
Un estudio de campo de Google [8] que abarcó más de 100.000 unidades de consumo desde diciembre de 2005 hasta agosto de 2006 encontró correlaciones entre cierta información SMART y tasas de fallas anualizadas:
En los 60 días posteriores al primer error incorregible en una unidad (atributo SMART 0xC6 o 198) detectado como resultado de un análisis fuera de línea, la unidad tuvo, en promedio, 39 veces más probabilidades de fallar que una unidad similar en la que no se produjo dicho error.
Los primeros errores en las reasignaciones, las reasignaciones fuera de línea (atributos SMART 0xC4 y 0x05 o 196 y 5) y los recuentos de prueba (atributo SMART 0xC5 o 197) también se correlacionaron fuertemente con mayores probabilidades de falla.
Por el contrario, se encontró poca correlación con el aumento de temperatura y ninguna correlación con el nivel de uso. Sin embargo, la investigación mostró que una gran proporción (56 %) de las unidades fallidas fallaron sin registrar ningún recuento en las "cuatro advertencias SMART importantes" identificadas como errores de escaneo, recuento de reasignación, reasignación fuera de línea y recuento de prueba.
Además, el 36% de las unidades que fallaron lo hicieron sin registrar ningún error SMART, excepto la temperatura, lo que significa que los datos SMART por sí solos fueron de utilidad limitada para anticipar fallas. [9]
Historia y predecesores
En 1992, IBM introdujo una de las primeras tecnologías de monitorización de discos duros en sus matrices de discos IBM 9337 para servidores AS/400 que utilizaban unidades de disco IBM 0662 SCSI-2. [10] Más tarde se la denominó tecnología de análisis predictivo de fallos (PFA). Mediba varios parámetros clave de la salud del dispositivo y los evaluaba dentro del firmware de la unidad. Las comunicaciones entre la unidad física y el software de monitorización se limitaban a un resultado binario: es decir, "el dispositivo está bien" o "es probable que la unidad falle pronto".
Más tarde, otra variante, que recibió el nombre de IntelliSafe, fue creada por el fabricante de computadoras Compaq y los fabricantes de unidades de disco Seagate , Quantum y Conner . [11] Las unidades de disco medirían los "parámetros de salud" del disco, y los valores se transferirían al sistema operativo y al software de monitoreo del espacio de usuario. Cada proveedor de unidades de disco tenía libertad para decidir qué parámetros se incluirían para el monitoreo y cuáles deberían ser sus umbrales. La unificación se realizó a nivel de protocolo con el host.
Compaq presentó IntelliSafe al comité de Small Form Factor (SFF) para su estandarización a principios de 1995. [12] Recibió el apoyo de IBM, de los socios de desarrollo de Compaq Seagate, Quantum y Conner, y de Western Digital , que no tenía un sistema de predicción de fallos en ese momento. El comité eligió el enfoque de IntelliSafe, ya que proporcionaba más flexibilidad. Compaq puso IntelliSafe en el dominio público el 12 de mayo de 1995. [13] El estándar resultante desarrollado conjuntamente se denominó SMART.
Ese estándar SFF describía un protocolo de comunicación para que un host ATA utilizara y controlara la monitorización y el análisis en una unidad de disco duro, pero no especificaba ninguna métrica o método de análisis en particular. Más tarde, se llegó a entender que "SMART" (aunque sin ninguna especificación formal) hacía referencia a una variedad de métricas y métodos específicos y se aplicaba a protocolos no relacionados con ATA para comunicar el mismo tipo de cosas.
Información proporcionada
Una unidad de disco duro Serial ATA de 3,5 pulgadasUna unidad de estado sólido Serial ATA de 2,5 pulgadas
La documentación técnica de SMART se encuentra en el estándar AT Attachment (ATA). Introducido por primera vez en 1994, [14] el estándar ATA ha pasado por múltiples revisiones. Algunas partes de la especificación SMART original del Comité de Factor de Forma Pequeño (SFF) se agregaron a ATA-3, [15] publicado en 1997. En 1998, ATA-4 eliminó el requisito de que las unidades mantuvieran una tabla de atributos interna y, en su lugar, solo exigía que se devolviera un valor "OK" o "NOT OK". [15] Sin embargo, los fabricantes han mantenido la capacidad de recuperar el valor de los atributos. El estándar ATA más reciente, ATA-8, se publicó en 2004. [16] Ha pasado por revisiones periódicas, [17] la última en 2011. [18] La estandarización de características similares en SCSI es más escasa y no se nombra como tal en los estándares, aunque tanto los proveedores como los consumidores también se refieren a estas características similares como SMART. [19]
La información más básica que proporciona SMART es el estado de SMART. Proporciona sólo dos valores: "umbral no superado" y "umbral superado". A menudo, estos se representan como "unidad OK" o "error de unidad" respectivamente. Un valor de "umbral superado" tiene como objetivo indicar que existe una probabilidad relativamente alta de que la unidad no pueda cumplir con su especificación en el futuro: es decir, la unidad está "a punto de fallar". La falla prevista puede ser catastrófica o puede ser algo tan sutil como la incapacidad de escribir en ciertos sectores, o tal vez un rendimiento más lento que el mínimo declarado por el fabricante.
El estado SMART no necesariamente indica la confiabilidad pasada o presente de la unidad. Si una unidad ya falló de manera catastrófica, es posible que el estado SMART no esté disponible. Por otra parte, si una unidad tuvo problemas en el pasado, pero los sensores ya no detectan dichos problemas, el estado SMART puede, según la programación del fabricante, sugerir que la unidad ahora está en buen estado.
La incapacidad de leer algunos sectores no siempre es una indicación de que una unidad está a punto de fallar. Una forma en que se pueden crear sectores ilegibles, incluso cuando la unidad funciona dentro de las especificaciones, es mediante un corte repentino de energía mientras la unidad está escribiendo. Además, incluso si el disco físico está dañado en una ubicación, de modo que un determinado sector es ilegible, el disco puede usar espacio libre para reemplazar el área defectuosa, de modo que el sector se pueda sobrescribir. [20]
Se pueden obtener más detalles sobre el estado de la unidad examinando los atributos SMART. Los atributos SMART se incluyeron en algunos borradores del estándar ATA, pero se eliminaron antes de que el estándar se volviera definitivo. El significado y la interpretación de los atributos varían entre los fabricantes y, a veces, se consideran un secreto comercial de un fabricante u otro. Los atributos se analizan más a fondo a continuación. [21]
Las unidades con SMART pueden mantener opcionalmente una serie de "registros". El registro de errores registra información sobre los errores más recientes que la unidad ha informado al equipo host. Examinar este registro puede ayudar a determinar si los problemas del equipo están relacionados con el disco o son causados por otra cosa (las marcas de tiempo del registro de errores pueden "ajustarse" después de 2 32 ms = 49,71 días [22] )
Una unidad que implementa SMART puede implementar opcionalmente una serie de rutinas de autoprueba o mantenimiento, y los resultados de las pruebas se guardan en el registro de autoprueba . Las rutinas de autoprueba se pueden utilizar para detectar sectores ilegibles en el disco, de modo que se puedan restaurar a partir de fuentes de respaldo (por ejemplo, de otros discos en un RAID ). Esto ayuda a reducir el riesgo de sufrir una pérdida permanente de datos.
Normas e implementación
Falta de interpretación común
Muchas placas base muestran un mensaje de advertencia al iniciarse cuando una unidad de disco está a punto de fallar. Aunque existe un estándar de la industria entre la mayoría de los principales fabricantes de discos duros, [7] siguen existiendo problemas debido a atributos que se dejaron intencionalmente sin documentar al público para diferenciar los modelos entre fabricantes. [23] [21]
Desde una perspectiva legal, el término "SMART" se refiere únicamente a un método de señalización entre los sensores electromecánicos internos de la unidad de disco y el ordenador host. Debido a esto, las especificaciones de SMART son completamente específicas del proveedor y, si bien muchos de estos atributos se han estandarizado entre los proveedores de unidades, otros siguen siendo específicos del proveedor. Las implementaciones de SMART aún difieren y, en algunos casos, pueden carecer de características "comunes" o esperadas, como un sensor de temperatura, o solo incluir algunos atributos seleccionados, pero aún así permiten al fabricante anunciar el producto como "compatible con SMART". [21]
Visibilidad para los sistemas host
Según el tipo de interfaz que se utilice, es posible que algunas placas base compatibles con SMART y el software relacionado no se comuniquen con determinadas unidades compatibles con SMART. Por ejemplo, pocas unidades externas conectadas a través de USB y FireWire envían correctamente los datos SMART a través de esas interfaces. Con tantas formas de conectar un disco duro ( SCSI , Fibre Channel , ATA , SATA , SAS , SSA , NVMe , etc.), es difícil predecir si los informes SMART funcionarán correctamente en un sistema determinado.
Incluso con un disco duro y una interfaz que implementen la especificación, es posible que el sistema operativo de la computadora no vea la información SMART porque la unidad y la interfaz están encapsuladas en una capa inferior. Por ejemplo, pueden ser parte de un subsistema RAID en el que el controlador RAID ve la unidad compatible con SMART, pero la computadora host solo ve un volumen lógico generado por el controlador RAID.
En la plataforma Windows , muchos programas diseñados para monitorear y reportar información SMART solo funcionarán bajo una cuenta de administrador .
El BIOS y Windows ( Windows Vista y posteriores) pueden detectar el estado SMART de las unidades de disco duro y las unidades de estado sólido, y emitir un mensaje si el estado SMART es incorrecto. [24]
En ATA
Atributos ATA SMART
Cada fabricante de unidades define un conjunto de atributos, [25] [26] y establece valores umbral más allá de los cuales los atributos no deben pasar en condiciones de funcionamiento normal. [21] Cada atributo tiene: [27]
1 byte para el ID (1 a 254).
1 byte para indicadores de estado.
1 byte de valor umbral , que varía de 0 a 254.
1 byte de valor normalizado , también conocido como valor actual , que varía de 0 a 254 ( en general, cuanto mayor sea el valor, mejor, pero los proveedores pueden variar; la entrada de umbral almacenada en otro lugar describe qué dirección es mejor). El valor normalizado inicial de los atributos es 100, pero puede variar entre fabricantes.
8 bytes "específicos del proveedor".
En la práctica, sin embargo, el campo "específico del proveedor" completo no se utiliza tal cual, sino que se produce una de las siguientes situaciones: [28]
En la configuración de 7 bytes, el primer byte "específico del proveedor" se utiliza para almacenar un valor normalizado "peor", dejando 7 bytes para los datos del proveedor.
En la configuración de 6 bytes, el primer byte "específico del proveedor" se utiliza para almacenar un valor normalizado "peor" y el último byte "reservado", lo que deja 6 bytes.
En la configuración de 8 bytes, el byte normalizado se agrega al campo mientras que el último byte queda reservado.
En cualquier caso, el campo del proveedor, también llamado comúnmente "valor bruto", puede mostrarse como un número decimal o hexadecimal; su significado depende completamente del fabricante de la unidad (pero a menudo corresponde a recuentos o una unidad física, como grados Celsius o segundos). [29]
Si uno o más atributos tienen el indicador "prefailure" y el "valor actual" de dicho atributo es menor o igual a su "valor umbral", esto se informará como una "falla de unidad".
El siguiente gráfico enumera algunos atributos SMART y el significado típico de sus valores brutos. Los valores normalizados suelen asignarse de forma que los valores más altos sean mejores (las excepciones incluyen la temperatura de la unidad y la cantidad de ciclos de carga/descarga del cabezal [30] ), pero los valores brutos de atributos más altos pueden ser mejores o peores según el atributo y el fabricante. Por ejemplo, el valor normalizado del atributo "Recuento de sectores reasignados" disminuye a medida que aumenta el recuento de sectores reasignados . En este caso, el valor bruto del atributo a menudo indicará el recuento real de sectores que se reasignaron, aunque los proveedores no están obligados de ninguna manera a adherirse a esta convención.
Como los fabricantes no necesariamente están de acuerdo sobre las definiciones precisas de los atributos y las unidades de medida, la siguiente lista de atributos es sólo una guía general.
Las unidades no admiten todos los códigos de atributos (a veces abreviados como "ID", de "identificador", en las tablas). Algunos códigos son específicos de tipos de unidades particulares (disco magnético, flash , SSD ). Las unidades pueden usar códigos diferentes para el mismo parámetro, por ejemplo, consulte los códigos 193 y 225.
Registros
Transporte de comandos SMART
El umbral excede la condición
El umbral excede la condición (TEC) es una fecha estimada en la que un atributo estadístico crítico de la unidad alcanzará su valor umbral. Cuando el software Drive Health informa un "TEC más cercano", debe considerarse como una "fecha de falla". A veces, no se proporciona ninguna fecha y se puede esperar que la unidad funcione sin errores. [99]
Para predecir la fecha, la unidad realiza un seguimiento de la velocidad a la que cambia el atributo. Tenga en cuenta que las fechas de TEC son solo estimaciones; los discos duros pueden fallar y fallan mucho antes o mucho después de la fecha de TEC. [100]
En NVMe
La especificación NVMe ha definido atributos SMART unificados para distintos fabricantes de unidades. Los datos se encuentran en una página de registro de 512 bytes de longitud. [101]
Atributos SMART de NVMe conocidos
En SCSI
El estándar SCSI no menciona el término "SMART" excepto en un lugar, pero la funcionalidad equivalente de registro/predicción de fallas está disponible en las páginas de registro estándar prescritas por SPC-4. [19] También hay espacio para páginas de registro específicas del proveedor. Las páginas de registro tienen una longitud variable. [102]
SCSI tiene un conjunto especializado de funciones SMART para unidades de cinta conocidas como TapeAlert definidas en SMC-2. [19] SCSI ofrece autoprueba, similar a ATA . [19]
La información relacionada con la reasignación de sectores defectuosos no se proporciona a través de una página de registro, sino mediante el comando READ DEFECT DATA. Además de un total general, este comando proporciona información sobre qué sectores específicos se asignaron y por qué. [102]
Autopruebas
Las unidades SMART pueden ofrecer una serie de pruebas automáticas: [103] [104] [105]
Corto
Comprueba el rendimiento eléctrico y mecánico, así como el rendimiento de lectura del disco. Las pruebas eléctricas pueden incluir una prueba de la RAM intermedia , una prueba de circuitos de lectura/escritura o una prueba de los elementos del cabezal de lectura/escritura. La prueba mecánica incluye la búsqueda y el servo en las pistas de datos. Escanea pequeñas partes de la superficie de la unidad (el área es específica del proveedor y hay un límite de tiempo en la prueba). Comprueba la lista de sectores pendientes que pueden tener errores de lectura y, por lo general, demora menos de dos minutos.
Largo/extendido
Una versión más extensa y completa de la prueba corta, que escanea toda la superficie del disco sin límite de tiempo. Esta prueba suele tardar varias horas, según la velocidad de lectura/escritura de la unidad y su tamaño. Es posible que la prueba larga pase incluso si la prueba corta falla. [106]
Transporte
Diseñado como una prueba rápida para identificar daños ocurridos durante el transporte del dispositivo desde el fabricante de la unidad hasta el fabricante de la computadora. [107] Solo está disponible en unidades ATA y generalmente demora varios minutos.
Selectivo
Algunas unidades ATA permiten realizar pruebas automáticas selectivas de solo una parte de la superficie. [108] Hay un registro dedicado a los resultados de pruebas selectivas, separado del registro de pruebas automáticas principal.
Escaneo de fondo
Las unidades SCSI tienen la capacidad de programar pruebas automáticas periódicas de superficie completa, conocidas como escaneo de medios en segundo plano (BMS). El sdparmprograma se puede utilizar para ajustar si se deben ejecutar los escaneos ( EN_BMS ) y varios parámetros para el escaneo (por ejemplo, período, tiempo de inactividad antes de la ejecución). La unidad permanece operativa durante la prueba. [109] Hay un registro dedicado a los resultados del escaneo en segundo plano, separado del registro de autoprueba.
Recopilación de datos sin conexión
Las unidades ATA pueden admitir una operación periódica breve denominada "recopilación de datos sin conexión". Aunque esta función está marcada como "obsoleta", muchos discos duros modernos la conservan. La unidad permanece operativa durante la recopilación y cualquier resultado se refleja solo en los atributos SMART (algunos atributos solo se actualizan cuando están "sin conexión"). [110]
Las unidades permanecen operativas durante la autoprueba, a menos que se solicite una opción "cautiva" (sólo ATA). [103]
Los registros de autoprueba de las unidades SCSI y ATA son ligeramente diferentes.
El registro de autoprueba de la unidad ATA puede contener hasta 21 entradas de solo lectura. Cuando el registro está completo, se eliminan las entradas antiguas. [111]
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