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Degradación de datos

La degradación de datos es la corrupción gradual de los datos de una computadora debido a una acumulación de fallas no críticas en un dispositivo de almacenamiento de datos . El fenómeno también se conoce como deterioro de datos , deterioro de datos o deterioro de bits . Este proceso conduce a un lento deterioro de la calidad de los datos con el tiempo, incluso si no se utilizan ni se accede a ellos activamente.

Ejemplo

A continuación se muestran varias imágenes digitales que ilustran la degradación de los datos, todas ellas constituidas por 326.272 bits. La foto original se muestra primero. En la siguiente imagen, se cambió un solo bit de 0 a 1. En las dos imágenes siguientes, se invirtieron dos y tres bits. En los sistemas Linux , la diferencia binaria entre archivos se puede revelar mediante cmpun comando (p. ej. cmp -b bitrot-original.jpg bitrot-1bit-changed.jpg).

Almacenamientos primarios

La degradación de los datos en la memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) puede ocurrir cuando la carga eléctrica de un bit en la DRAM se dispersa, posiblemente alterando el código del programa o los datos almacenados. La DRAM puede verse alterada por rayos cósmicos [1] u otras partículas de alta energía. Esta degradación de datos se conoce como error leve . [2] La memoria ECC se puede utilizar para mitigar este tipo de degradación de datos. [3]

Almacenamientos secundarios

La degradación de los datos resulta del deterioro gradual de los medios de almacenamiento a lo largo de años o más. Las causas varían según el medio:

Medios de estado sólido
Las EPROM , las memorias flash y otras unidades de estado sólido almacenan datos mediante cargas eléctricas, que pueden filtrarse lentamente debido a un aislamiento imperfecto. Los chips controladores de flash modernos explican esta fuga probando varios voltajes de umbral más bajos (hasta que pase ECC), prolongando la antigüedad de los datos. Las celdas multinivel con una distancia mucho menor entre niveles de voltaje no pueden considerarse estables sin esta funcionalidad. [4]
El chip en sí no se ve afectado por esto, por lo que reprogramarlo aproximadamente una vez por década evita su deterioro. Para la reprogramación se necesita una copia intacta de los datos maestros. Se puede utilizar una suma de comprobación para garantizar que los datos del chip aún no estén dañados y estén listos para la reprogramación.
Medios magnéticos
Los medios magnéticos, como unidades de disco duro , disquetes y cintas magnéticas , pueden experimentar deterioro de los datos a medida que los bits pierden su orientación magnética. Una temperatura más alta acelera la tasa de pérdida magnética. Al igual que con los medios de estado sólido, la reescritura es útil siempre que el medio en sí no esté dañado (ver más abajo). [5] Los discos duros modernos utilizan magnetorresistencia gigante y tienen una vida útil magnética más alta, del orden de décadas. También corrigen automáticamente cualquier error detectado por ECC mediante la reescritura. Sin embargo, la dependencia de una pista servo de fábrica puede complicar la recuperación de datos si se vuelven irrecuperables.
Los disquetes y las cintas están mal protegidos contra el aire ambiente. En condiciones cálidas/húmedas, son propensos a la descomposición física del medio de almacenamiento. [sesenta y cinco]
Medios ópticos
Los medios ópticos como CD-R , DVD-R y BD-R pueden experimentar deterioro de los datos debido a la avería del medio de almacenamiento. Esto se puede mitigar almacenando los discos en un lugar oscuro, fresco y con poca humedad. Los discos de "calidad de archivo" están disponibles con una vida útil prolongada, pero aún no son permanentes. Sin embargo, el escaneo de la integridad de los datos que mide las tasas de varios tipos de errores es capaz de predecir el deterioro de los datos en los medios ópticos mucho antes de que se produzca una pérdida de datos incorregible. [7]
Tanto el tinte del disco como la capa de soporte del disco son potencialmente susceptibles a romperse. Los primeros tintes a base de cianina utilizados en CD-R eran conocidos por su falta de estabilidad a los rayos UV. Los primeros CD también sufrían de bronceado , y está relacionado con una combinación de material de laca defectuoso y falla de la capa reflectante de aluminio. [8] Los discos posteriores utilizan tintes más estables o los renuncian a una mezcla inorgánica. La capa de aluminio también se suele cambiar por una aleación de oro o plata.
Medios de papel
Los soportes de papel, como las tarjetas perforadas y la cinta perforada , pueden literalmente pudrirse . La cinta perforada Mylar es otro método que no depende de la estabilidad electromagnética. La degradación de libros y papel de impresión se debe principalmente a la hidrólisis ácida de los enlaces glicosídicos dentro de la molécula de celulosa , así como a la oxidación ; [9] la degradación del papel se acelera por la alta humedad relativa , las altas temperaturas, así como por la exposición a ácidos, oxígeno, luz y diversos contaminantes, incluidos diversos compuestos orgánicos volátiles y dióxido de nitrógeno . [10]

Fallos de hardware

La mayoría de los discos, controladores de discos y sistemas de nivel superior están sujetos a una pequeña posibilidad de sufrir un fallo irrecuperable. Con capacidades de disco en constante crecimiento, tamaños de archivos y aumentos en la cantidad de datos almacenados en un disco, aumenta la probabilidad de que se produzca deterioro de datos y otras formas de corrupción de datos no corregidas ni detectadas . [11]

Los controladores de disco de bajo nivel suelen emplear códigos de corrección de errores (ECC) para corregir datos erróneos. [12]

Se pueden emplear sistemas de software de nivel superior para mitigar el riesgo de tales fallas subyacentes aumentando la redundancia e implementando verificación de integridad, códigos de corrección de errores y algoritmos de autorreparación. [13] El sistema de archivos ZFS fue diseñado para abordar muchos de estos problemas de corrupción de datos. [14] El sistema de archivos Btrfs también incluye mecanismos de protección y recuperación de datos, [15] al igual que ReFS . [dieciséis]

Ver también

Referencias

  1. ^ "La amenaza de los neutrones invisibles | Revista de ciencia de seguridad nacional". Laboratorio Nacional de Los Álamos . Consultado el 13 de marzo de 2020 .
  2. ^ O'Gorman, TJ; Ross, JM; Taber, AH; Ziegler, JF; Mühlfeld, HP; Montrose, CJ; Curtis, HW; Walsh, JL (enero de 1996). "Pruebas de campo para errores suaves de rayos cósmicos en memorias de semiconductores". Revista IBM de investigación y desarrollo . 40 (1): 41–50. doi :10.1147/rd.401.0041.
  3. ^ Evento único trastornado a nivel del suelo, Eugene Normand, miembro, IEEE, Boeing Defence & Space Group, Seattle, WA 98124-2499
  4. ^ Li, Qianhui; Wang, Qi; Yang, Liu; Yu, Xiaolei; Jiang, Yiyang; Él, Jing; Huo, Zongliang (abril de 2022). "Esquema de decisión de voltajes de lectura óptimo que elimina las operaciones de reintento de lectura para memorias flash 3D NAND". Fiabilidad de la microelectrónica . 131 : 114509. doi : 10.1016/j.microrel.2022.114509.
  5. ^ ab "Preservación de medios magnéticos". Archivos Nacionales de Australia . Consultado el 3 de noviembre de 2020 . Las altas temperaturas, la humedad y las fluctuaciones pueden hacer que las capas magnética y base de un carrete de cinta se separen o que los bucles adyacentes se bloqueen. Las altas temperaturas también pueden debilitar la señal magnética y, en última instancia, desmagnetizar la capa magnética.
  6. ^ Riss, Dan (julio de 1993). "Conserve O Gram (número 19/8) Preservación de medios magnéticos" (PDF) . nps.gov . Harpers Ferry, Virginia Occidental: Servicio de Parques Nacionales/Departamento del Interior (EE.UU.). pag. 2. La longevidad de los medios magnéticos se ve más seriamente afectada por los procesos que atacan a la resina aglutinante. La humedad del aire es absorbida por el aglutinante y reacciona con la resina. El resultado es un residuo gomoso que puede depositarse en los cabezales de la cinta y hacer que las capas de la cinta se peguen. La reacción con la humedad también puede provocar roturas en las largas cadenas moleculares del aglutinante. Esto debilita las propiedades físicas del aglutinante y puede provocar una falta de adhesión al soporte. Estas reacciones se aceleran enormemente por la presencia de ácidos. Las fuentes típicas serían los gases contaminantes habituales en el aire, como el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos nitrosos (NOx), que reaccionan con el aire húmedo para formar ácidos. Aunque los inhibidores de ácido suelen estar integrados en la capa aglutinante, con el tiempo pueden perder su eficacia.
  7. ^ "Glosario QPxTool". qpxtool.sourceforge.io . Herramienta QPx. 2008-08-01 . Consultado el 22 de julio de 2020 .
  8. ^ "¡Alerta de CD bronceado!". Boletín Informativo IASA núm. 22 . Julio de 1997. Archivado desde el original el 22 de julio de 2011 . Consultado el 3 de agosto de 2007 .
  9. ^ Małachowska, Edyta; Pawcenis, Dominika; Dańczak, Jacek; Paczkowska, Joanna; Przybysz, Kamila (26 de marzo de 2021). "Envejecimiento del papel: el efecto de la composición química del papel sobre la hidrólisis y la oxidación". Polímeros . 13 (7): 1029. doi : 10.3390/polym13071029 . PMC 8036582 . PMID  33810293. 
  10. ^ Menart, Eva; De Bruin, Gerrit; Strlič, Matija (9 de septiembre de 2011). "Funciones dosis-respuesta para artículos históricos" (PDF) . Degradación y estabilidad del polímero . 96 (12): 2029-2039. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.002 . Consultado el 5 de junio de 2023 .
  11. ^ Gris, Jim; van Ingen, Catharine (diciembre de 2005). "Medidas empíricas de tasas de error y fallas de disco" (PDF) . Informe técnico de investigación de Microsoft MSR-TR-2005-166 . Consultado el 4 de marzo de 2013 .
  12. ^ "ECC y Spare Blocks ayudan a mantener los datos SSD de Kingston protegidos contra errores". Compañía de tecnología de Kingston . Consultado el 30 de marzo de 2021 .
  13. ^ Salter, Jim (15 de enero de 2014). "Bitrot y COW atómicos: dentro de los sistemas de archivos de" próxima generación ". Ars Técnica . Archivado desde el original el 6 de marzo de 2015 . Consultado el 15 de enero de 2014 .
  14. ^ Bonwick, Jeff. "ZFS: la última palabra en sistemas de archivos" (PDF) . Asociación de la industria de redes de almacenamiento (SNIA). Archivado desde el original (PDF) el 21 de septiembre de 2013 . Consultado el 4 de marzo de 2013 .
  15. ^ "Btrfs Wiki: características". El proyecto btrfs . Consultado el 19 de septiembre de 2013 .
  16. ^ Wlodarz, Derrick (15 de enero de 2014). "Windows Storage Spaces y ReFS: ¿es hora de deshacerse de RAID para siempre?". Betanoticias . Consultado el 9 de febrero de 2014 .