تدهور البيانات
يُعرَّف تدهور البيانات بأنه التلف التدريجي لبيانات الحاسوب نتيجة تراكم أعطال غير حرجة في جهاز تخزين البيانات . ويُشار إليه أيضاً بمصطلحات أخرى مثل تحلل البيانات ، أو تلف البيانات ، أو التحلل الرقمي ، أو تلف البتات . [ 1 ] وينتج عن ذلك انخفاض في جودة البيانات بمرور الوقت، حتى عندما لا تكون البيانات قيد الاستخدام.
المظاهر
وحدات التخزين الأساسية
قد يحدث تدهور في جودة البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) عندما تتشتت الشحنة الكهربائية لبتٍ ما داخلها ، مما قد يؤدي إلى تغيير شيفرة البرنامج أو البيانات المخزنة. ويمكن أن تتأثر ذاكرة DRAM بالأشعة الكونية [ 2 ] أو بجسيمات أخرى عالية الطاقة. يُعرف هذا النوع من تدهور جودة البيانات بالخطأ العابر [ 3 ] . ويمكن استخدام ذاكرة تصحيح الأخطاء (ECC) للتخفيف من هذا النوع من تدهور جودة البيانات [ 4 ] .
وحدات التخزين الثانوية
ينتج تدهور البيانات عن التلف التدريجي لوسائط التخزين على مدى سنوات أو أكثر. وتختلف الأسباب باختلاف الوسائط.
وسائط الحالة الصلبة
تستخدم ذاكرة EPROM وذاكرة الفلاش وغيرها من محركات الأقراص الصلبة الشحنات الكهربائية لتخزين البيانات، والتي قد تتسرب ببطء بسبب ضعف العزل . تعالج رقائق التحكم الحديثة في ذاكرة الفلاش هذا التسرب من خلال تجربة عدة قيم جهد عتبة منخفضة (حتى يتم اجتياز اختبار تصحيح الأخطاء ECC )، مما يطيل عمر البيانات. لا يمكن اعتبار الخلايا متعددة المستويات ذات المسافة الأقل بين مستويات الجهد مستقرة بدون هذه الخاصية. [ 5 ]
لا تتأثر الشريحة نفسها بهذا، لذا فإن إعادة برمجتها مرة واحدة تقريبًا كل عقد يمنع تلفها. يلزم وجود نسخة سليمة من البيانات الرئيسية لإعادة البرمجة. يمكن استخدام مجموع التحقق للتأكد من أن البيانات الموجودة على الشريحة غير تالفة وجاهزة لإعادة البرمجة.
تتمتع بطاقات الذاكرة SD ووحدات تخزين USB ووحدات M.2 NVMe بعمر افتراضي محدود. يمكن استعادة البيانات عادةً عند إعادة تشغيل الجهاز، ولكن معدلات الخطأ ستؤدي في النهاية إلى تلف الوسائط حتى تصبح غير قابلة للقراءة. يمكن إعادة تنشيط وحدة التخزين إلى حالة قريبة من الجديدة لاستخدامها لاحقًا عن طريق كتابة أصفار على ذاكرة NAND تالفة. يجب ألا تتجاوز دورات التحديث ستة أشهر لضمان قابلية قراءة البيانات على الجهاز.
الوسائط المغناطيسية
قد تتعرض الوسائط المغناطيسية ، مثل محركات الأقراص الصلبة والأقراص المرنة والأشرطة المغناطيسية ، لتلف البيانات نتيجة فقدان البتات لاتجاهها المغناطيسي. وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع معدل الفقد المغناطيسي. وكما هو الحال مع وسائط الحالة الصلبة، تُعد إعادة الكتابة مفيدة طالما أن الوسيط نفسه غير تالف (انظر أدناه). [ 6 ] تستخدم محركات الأقراص الصلبة الحديثة مقاومة مغناطيسية فائقة ، وتتمتع بعمر مغناطيسي أطول يصل إلى عقود. كما أنها تُصحح تلقائيًا أي أخطاء يكتشفها نظام تصحيح الأخطاء (ECC) من خلال إعادة الكتابة. ومع ذلك، فإن الاعتماد على مُعالج الكتابة الآلي قد يُعقّد عملية استعادة البيانات إذا أصبحت غير قابلة للاستعادة.
لا تتمتع الأقراص المرنة والأشرطة بحماية كافية ضد الهواء المحيط. في الظروف الدافئة/الرطبة، تكون عرضة للتلف المادي لوسيط التخزين. [ 7 ] [ 6 ]
الوسائط البصرية
قد تتعرض الوسائط البصرية مثل أقراص CD-R و DVD-R و BD-R لتلف البيانات نتيجة لتلف وسيط التخزين. ويمكن التخفيف من ذلك بتخزين الأقراص في مكان مظلم وبارد ومنخفض الرطوبة. تتوفر أقراص "ذات جودة أرشيفية" بعمر افتراضي ممتد، ولكنها ليست دائمة. مع ذلك، فإن فحص سلامة البيانات الذي يقيس معدلات أنواع مختلفة من الأخطاء قادر على التنبؤ بتلف البيانات على الوسائط البصرية قبل حدوث فقدان البيانات غير القابل للتصحيح بوقت كافٍ. [ 8 ]
يُعد كلٌّ من صبغ القرص وطبقة الدعم الخلفية عرضةً للتلف. اشتهرت الأصباغ السيانينية المبكرة المستخدمة في أقراص CD-R بضعف مقاومتها للأشعة فوق البنفسجية. كما عانت الأقراص المدمجة الأولى من ظاهرة التوهج البرونزي ، والتي ترتبط بمزيج من رداءة مادة الطلاء وتلف طبقة انعكاس الألومنيوم. [ 9 ] تستخدم الأقراص اللاحقة أصباغًا أكثر استقرارًا أو تستغني عنها لصالح مزيج غير عضوي. كما يُستبدل عادةً طبقة الألومنيوم بسبائك الذهب أو الفضة.
الوسائط الورقية
قد تتعفن الوسائط الورقية ، مثل البطاقات المثقبة والأشرطة المثقبة ، حرفيًا . ويُعد شريط المايلر المثقب بديلاً آخر لا يعتمد على الاستقرار الكهرومغناطيسي. ويعود تدهور الكتب وورق الطباعة بشكل أساسي إلى التحلل المائي الحمضي للروابط الجليكوسيدية داخل جزيء السليلوز ، بالإضافة إلى الأكسدة ؛ [ 10 ] ويتسارع تدهور الورق بفعل الرطوبة النسبية العالية ، ودرجة الحرارة المرتفعة، وكذلك التعرض للأحماض والأكسجين والضوء والملوثات المختلفة، بما في ذلك المركبات العضوية المتطايرة وثاني أكسيد النيتروجين . [ 11 ]
الوسائط المتدفقة
يحدث تدهور في جودة البيانات أثناء نقل الوسائط المتدفقة ، مما يتسبب في مشاكل في جودة البيانات. [ 12 ]
مثال
من مظاهر تدهور البيانات تغيير قيمة بت واحد أو بضعة بتات عشوائيًا على مدى فترة طويلة. [ 13 ] يوضح ذلك عدة صور رقمية أدناه، تتكون جميعها من 326272 بتًا. تُعرض الصورة الأصلية أولًا. في الصورة التالية، تم تغيير قيمة بت واحد من 0 إلى 1. في الصورتين التاليتين، تم تغيير قيمة بتين وثلاثة بتات. في أنظمة لينكس ، يمكن الكشف عن الفرق الثنائي بين الملفات باستخدام cmpالأمر (على سبيل المثال cmp -b bitrot-original.jpg bitrot-1bit-changed.jpg).
لم يتم قلب أي بت
تم قلب بت واحد
تم قلب بتتين
تم قلب 3 بتات
لا يخزن تنسيق JPEG صورةً ثنائيةً، بل يخزن معلمات فك التشفير. لذا، فإن تغيير بت واحد فقط يؤدي إلى تغييرات ملحوظة. فعلى سبيل المثال، يتغير معامل دالة التشفير عدة مرات إذا كان البت في أحد الأرقام العليا.
الأسباب
قد ينجم هذا التدهور عن مجموعة متنوعة من العوامل التي تؤثر على موثوقية وسلامة المعلومات الرقمية، بما في ذلك العوامل المادية، وأخطاء البرمجيات ، والاختراقات الأمنية، والخطأ البشري ، والتكنولوجيا القديمة، وحوادث الوصول غير المصرح به. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
معظم الأقراص ووحدات التحكم بها والأنظمة ذات المستوى الأعلى معرضة لاحتمال ضئيل لحدوث أعطال لا يمكن إصلاحها. ومع تزايد سعات الأقراص وأحجام الملفات، وزيادة كمية البيانات المخزنة عليها، يزداد احتمال حدوث تلف البيانات وأشكال أخرى من تلف البيانات غير المصحح وغير المكتشف . [ 18 ]
تستخدم وحدات التحكم في الأقراص منخفضة المستوى عادةً رموز تصحيح الأخطاء (ECC) لتصحيح البيانات الخاطئة. [ 19 ]
يمكن استخدام أنظمة برمجية عالية المستوى للتخفيف من مخاطر هذه الأعطال الأساسية عن طريق زيادة التكرار وتطبيق فحص سلامة البيانات، ورموز تصحيح الأخطاء، وخوارزميات الإصلاح الذاتي. [ 20 ] صُمم نظام ملفات ZFS لمعالجة العديد من مشكلات تلف البيانات هذه. [ 21 ] يتضمن نظام ملفات Btrfs أيضًا آليات لحماية البيانات واستعادتها، [ 22 ] كما هو الحال في نظام ReFS . [ 23 ]
التخفيف
لا يوجد حل يقضي تمامًا على خطر تدهور البيانات، [ 24 ] ولكن توجد تدابير مختلفة للحد منه. أحد هذه التدابير هو نسخ البيانات احتياطيًا . تُفحص كل من البيانات الأصلية والنسخ الاحتياطية بحثًا عن أي أعطال ناتجة عن أخطاء وسائط التخزين، وذلك عن طريق حساب مجموع التحقق أو مقارنتها بنسخ أخرى. هذه هي الطريقة الوحيدة لاكتشاف الأعطال الكامنة استباقيًا، [ 25 ] والتي قد تمر دون ملاحظة حتى الوصول الفعلي إلى البيانات. [ 26 ] تستخدم أنظمة التخزين الحالية، مثل تلك القائمة على تقنية RAID، هذه التدابير داخليًا. [ 27 ] من الناحية المثالية، وخاصةً بالنسبة للبيانات التي يجب حفظها رقميًا ، ينبغي توزيع النسخ على مواقع إدارية متعددة تعمل بشكل مستقل وتستخدم أجهزة وبرامج متنوعة، مما يزيد من مقاومتها للأعطال، وكذلك الأخطاء البشرية والهجمات الإلكترونية. [ 28 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ راوس، مارغريت (25 مارس 2020). "ما هو فساد البتات؟" . قاموس تيكوبيديا . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2024 .
- ↑ "التهديد النيوتروني الخفي | مجلة علوم الأمن القومي" . مختبر لوس ألاموس الوطني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مارس 2020 .
- ↑ أوغورمان، تي جيه؛ روس، جيه إم؛ تابر، إيه إتش؛ زيغلر، جيه إف؛ موهلفيلد، إتش بي؛ مونتروز، سي جيه؛ كورتيس، إتش دبليو؛ والش، جيه إل (يناير 1996). "الاختبار الميداني للأخطاء العابرة الناتجة عن الأشعة الكونية في ذاكرات أشباه الموصلات". مجلة آي بي إم للبحوث والتطوير . 40 (1): 41-50 . doi : 10.1147/rd.401.0041 .
- ↑ نورماند، يوجين (ديسمبر 1996). "اضطراب ناتج عن حدث واحد على مستوى سطح الأرض" (ملف PDF) . معاملات IEEE في العلوم النووية . 43 (6): 2742-2750 . رمز Bibcode : 1996ITNS...43.2742N . doi : 10.1109/23.556861 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 21 أكتوبر 2013.
- ↑ لي، تشيان هوي؛ وانغ، تشي؛ يانغ، ليو؛ يو، شياولي؛ جيانغ، يي يانغ؛ هي، جينغ؛ هو، زونغليانغ (أبريل 2022). "مخطط قرار جهد القراءة الأمثل الذي يُلغي عمليات إعادة محاولة القراءة لذاكرة فلاش NAND ثلاثية الأبعاد". موثوقية الإلكترونيات الدقيقة . 131 114509. Bibcode : 2022MiRe..13114509L . doi : 10.1016/j.microrel.2022.114509 .
- ١ ٢ "حفظ الوسائط المغناطيسية" . الأرشيف الوطني الأسترالي . تاريخ الاسترجاع: ٣ نوفمبر ٢٠٢٠.
قد تؤدي درجات الحرارة والرطوبة المرتفعة والتقلبات إلى انفصال الطبقات المغناطيسية والأساسية في بكرة الشريط، أو إلى تداخل الحلقات المتجاورة. كما قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إضعاف الإشارة المغناطيسية، وفي النهاية إلى إزالة مغنطة الطبقة المغناطيسية.
- ↑ ريس، دان (يوليو 1993). "حفظ 0 غرام (العدد 19/8) حفظ الوسائط المغناطيسية" (ملف PDF) . nps.gov . هاربرز فيري، فرجينيا الغربية: دائرة المتنزهات الوطنية / وزارة الداخلية (الولايات المتحدة). ص 2.
يتأثر عمر الوسائط المغناطيسية بشكل كبير بالعمليات التي تُهاجم راتنج المادة الرابطة. تمتص المادة الرابطة الرطوبة من الهواء وتتفاعل مع الراتنج. والنتيجة هي بقايا لزجة يمكن أن تترسب على رؤوس الشريط وتتسبب في التصاق طبقات الشريط ببعضها. كما يمكن أن يؤدي التفاعل مع الرطوبة إلى انقطاعات في السلاسل الجزيئية الطويلة للمادة الرابطة. هذا يُضعف الخصائص الفيزيائية للمادة الرابطة ويمكن أن يؤدي إلى عدم الالتصاق بالطبقة الداعمة. تتسارع هذه التفاعلات بشكل كبير بوجود الأحماض. ومن المصادر النموذجية غازات التلوث المعتادة في الهواء، مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx)، التي تتفاعل مع الهواء الرطب لتكوين أحماض. على الرغم من أن مثبطات الحموضة عادة ما تكون مدمجة في طبقة المادة الرابطة، إلا أنها قد تفقد فعاليتها بمرور الوقت.
- ↑ "مسرد مصطلحات QPxTool" . qpxtool.sourceforge.io . QPxTool. 1 أغسطس 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2020 .
- ↑ "تنبيه بشأن قرص مضغوط برونزي!" . نشرة معلومات IASA رقم 22. يوليو 1997. مؤرشفة من الأصل في 22 يوليو 2011. تم الاطلاع عليها في 3 أغسطس 2007 .
- ^ مالاتشوسكا، إيديتا؛ بوسينيس, دومينيكا; دانتشاك، جاسيك؛ باكزكوسكا، جوانا؛ برزيبيز، كاميلا (26 مارس 2021). "شيخوخة الورق: تأثير التركيب الكيميائي للورق على التحلل المائي والأكسدة" . البوليمرات . 13 (7): 1029. دوى : 10.3390 / بوليم 13071029 . بمك 8036582 . بميد 33810293 .
- ↑ مينارت، إيفا؛ دي بروين، جيريت؛ سترليتش، ماتيا (9 سبتمبر 2011). "دوال الاستجابة للجرعة للورق التاريخي" (ملف PDF) . تحلل البوليمر واستقراره . 96 (12): 2029-2039 . doi : 10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.002 . تاريخ الاسترجاع: 5 يونيو 2023 .
- ↑ يو، وينوو؛ جيانغ، جينغجينغ؛ تشاي، يو؛ شو، بينغ (20 مايو 2022). راجاكاني، كاليدوس (محرر). "السلامة المُدركة لوسائط البث الموزعة بناءً على تحسين خوارزمية AWTC-TT" . الاتصالات اللاسلكية والحوسبة المتنقلة : 1-17 . doi : 10.1155/2022/7522174 . ISSN 1530-8677 .
- ↑ روزنتال 2010 ، ص 50.
- ↑ شينغ لانس، لي (22 يوليو 2015). "ما هو تدهور البيانات؟" . التكنولوجيا في آسيا . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2024 .
- ↑ "تعريف تدهور البيانات" . مجلة الكمبيوتر الشخصي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2024 .
- ↑ هاكوب، مايك (27 ديسمبر 2023). "تدهور البيانات: ما هي الأسباب؟" . فورم ستوري . تم الاطلاع عليه في 10 أبريل 2024 .
- ^ تريشيس ، روبرت (16 مارس 2006). "Forskare: Billiga cd-skivor håller bara i två år" . افتونبلاديت . تم الاسترجاع 10 أبريل 2024 .
- ↑ غراي، جيم؛ فان إنجن، كاثرين (ديسمبر 2005). "القياسات التجريبية لمعدلات فشل الأقراص ومعدلات الخطأ" (ملف PDF) . تقرير فني من مايكروسوفت للأبحاث MSR-TR-2005-166 . تاريخ الاطلاع: 4 مارس 2013 .
- ↑ "تساعد تقنية تصحيح الأخطاء (ECC) ووحدات التخزين الاحتياطية (Spare Blocks) في حماية بيانات محركات الأقراص الصلبة (SSD) من كينغستون من الأخطاء" . شركة كينغستون للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2021 .
- ↑ سالتر، جيم (15 يناير 2014). "Bitrot وCOWs الذرية: نظرة على أنظمة الملفات "الجيل التالي"" . آرس تكنيكا . مؤرشف من الأصل في 6 مارس 2015. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2014 .
- ↑ بونويك، جيف (2009). "ZFS: الكلمة الأخيرة في أنظمة الملفات" (ملف PDF) . جمعية صناعة شبكات التخزين (SNIA). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 سبتمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مارس 2013 .
- ↑ "ويكي btrfs: الميزات" . مشروع btrfs . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 سبتمبر 2013 .
- ↑ فلودارز، ديريك (15 يناير 2014). "مساحات تخزين ويندوز ونظام الملفات ReFS: هل حان الوقت للتخلي عن RAID نهائيًا؟" . بيتانيوز . تم الاطلاع عليه في 9 فبراير 2014 .
- ↑ روزنتال 2010 ، ص 47.
- ^ بيكر وآخرون. 2006 ، ص. 229.
- ↑ بيكر وآخرون، 2006 ، ص 224: "بينما يتم اكتشاف العديد من الأعطال عند حدوثها، إلا أن بعضها يحدث دون أن يُكتشف. تُسمى هذه الأعطال "الأعطال الكامنة". هناك مصادر عديدة للأعطال الكامنة، لكن أخطاء الوسائط هي الأكثر شيوعًا. فبينما يمكن اكتشاف عطل رأس القراءة/الكتابة ، قد لا يُكتشف تلف البتات إلا عند الوصول إلى البيانات المعيبة المتأثرة ومراجعتها. كمثال آخر، قد يصبح قطاع على القرص غير قابل للقراءة؛ ولن يُكتشف ذلك إلا عند قراءة ذلك القطاع مرة أخرى. علاوة على ذلك، قد يكون القطاع قابلاً للقراءة ولكنه يحتوي على معلومات غير صحيحة بسبب كتابة قطاع سابقة في غير موضعها الصحيح."
- ↑ روزنتال 2010 ، ص 51.
- ↑ بيكر، كيتون ومارتن 2005 ، ص 5.
مصادر
- بيكر، ماري؛ كيتون، كيمبرلي ؛ مارتن، شون (30 يونيو 2005). لماذا لا تساعدنا أنظمة التخزين التقليدية في حفظ البيانات إلى الأبد (ملف PDF) . HotDep'05: وقائع المؤتمر الأول حول المواضيع الساخنة في موثوقية الأنظمة. USENIX . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 7 سبتمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 15 فبراير 2025 .
- بيكر، ماري؛ شاه، ميهول؛ روزنتال، ديفيد إس إتش ؛ روسوبولوس، ميما؛ مانياتيس، بيتروس؛ جيولي، تي جيه؛ بونجالي، براشانث (18 أبريل 2006). نظرة جديدة على موثوقية التخزين الرقمي طويل الأمد . يوروسيس '06: وقائع المؤتمر الأوروبي الأول لأنظمة الحاسوب ACM SIGOPS/EuroSys لعام 2006. رابطة آلات الحوسبة . الصفحات 221-234 . doi : 10.1145/1217935.1217957 .
- روزنتال، ديفيد إس إتش (نوفمبر 2010). "حماية البتات: ما مدى صعوبة ذلك؟" . مجلة اتصالات رابطة مكائن الحوسبة . 53 (11): 47-55 . doi : 10.1145/1839676.1839692 .
- مصطلحات الحاسوب
- جودة البيانات
- الحفظ الرقمي
