當電腦運行很慢的時候,有些人可能會罵上幾句,這大多只是發泄情緒而已,因為電腦也不會因此突然變快。但你知道嗎?如果你罵的是傳統機械硬盤,而且靠得足夠近、吼得足夠大聲,那它可能真的會變得更慢。早在 17年前就有國外工程師發現了這一點,他對著服務器機柜里的機械硬盤大吼,監控畫面立刻顯示硬盤延遲升高。
實測:近距離大吼會導致 硬盤 延遲升高
最近計算機網站PCGamer翻出了一段17年前的經典視頻。知名系統性能工程師布蘭登?格雷格(Brendan Gregg)在2008年上傳了一部名為《在數據中心大喊大叫》(Shouting in the Datacenter)的視頻,內容就是他在數據中心里對著服務器機柜中的HDD硬盤大吼大叫。
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格雷格站在服務器機柜前,把手靠近硬盤所在的位置,然后對著硬盤大喊。從監控系統中可以看到,部分磁盤的操作時間變長了,也就是延遲突然升高,性能下降。他甚至能準確指出哪個區域受到了喊叫的影響,因為系統會標記出那些操作時間比平時更長的磁盤。
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傳統HDD硬盤之所以會出現這種現象,主要和它的機械結構有關。傳統硬盤內部有高速旋轉的盤片,還有負責讀寫數據的磁頭。要正確讀寫數據,磁頭的位置必須極其精準。一旦外部震動影響到內部元件,就可能導致讀寫動作變慢、需要重試,甚至磁盤延遲大幅升高。
而格雷格大吼產生的聲波,就會引起硬盤震動。當然,這種情況只有在非常靠近硬盤的時候才比較容易發生。
這也是HDD機械硬盤和SSD固態硬盤的一個重大區別。SSD沒有旋轉盤片,也沒有傳統的磁頭讀寫結構,數據存取主要依靠閃存和電子信號完成。用同樣的方式大喊大叫,SSD完全不會受到影響,所以它不僅速度更快,也更抗震。
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2017年還有研究人員發表了一篇題為《針對HDD的聲學拒絕服務攻擊》(Acoustic Denial of Service Attacks on HDDs)的論文,探討了聲學共振如何對HDD造成拒絕服務攻擊。研究中寫道,通過特定的聲音信號讓HDD內部元件產生明顯震動,確實可能影響嵌入式硬盤系統的性能,研究人員還以個人電腦和監控系統作為案例進行了測試。
這篇論文發表后,全球多個研究團隊跟進了相關實驗。2018年,浙江大學和密歇根大學的聯合研究團隊在第39屆IEEE安全與隱私研討會上公布了更驚人的結果:他們發現超聲波攻擊比普通聲波的威力大得多,只需要5-8 秒就能引發希捷、東芝、西部數據等多個品牌硬盤的讀寫錯誤。如果持續攻擊超過105秒,甚至能讓視頻監控設備中的硬盤完全停止錄制,直到設備重啟,而且整個過程中監控畫面不會有任何異常提示。
更可怕的是,這種攻擊完全不需要物理接觸設備。攻擊者既可以用目標電腦自帶的揚聲器播放超聲波,也可以通過附近的普通音箱發起攻擊,甚至能把惡意音頻藏在網頁或電子郵件的附件里,只要受害者點開播放,硬盤就會中招。
一首歌讓Windows XP死機的翻版
你是否還記得去年我們分享過一個更加離譜的案例:微軟工程師雷蒙德?陳(Raymond Chen)曾在官方開發者博客上分享過一段Windows XP時代的往事。
當時有一家大型電腦制造商發現,播放珍妮?杰克遜(Janet Jackson)的《節奏國度》(Rhythm Nation)音樂視頻,會導致特定型號的筆記本電腦死機。最離譜的是,不只是播放視頻的那臺筆記本會受影響,旁邊另一臺根本沒有播放視頻的筆記本也可能跟著遭殃。
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經過調查才發現,這首歌包含了某些5400轉筆記本硬盤的自然共振頻率,聲音恰好擊中了硬盤某些機械結構的敏感頻率,才導致硬盤出現故障。微軟最后只能在音頻流程中加入自定義濾波器,把會造成問題的頻率過濾掉。這件事后來還被登記為CVE-2022-38392漏洞。
考慮到大部分人的電腦都是HDD + SSD兩塊硬盤的組合,所以說下次電腦變慢的時候,先別急著對它大吼大叫——它可能會用更慢的速度來回應你(笑)。
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