Organización y recuperación de datos de Fusion Drive de Apple

En un esfuerzo por encontrar un compromiso y ofrecer un mejor rendimiento en comparación con los HDD, manteniendo el costo por gigabyte relativamente bajo, Apple Inc. lanzó Fusion Drive, una combinación de un disco duro tradicional y uno de estado sólido destinada a tomar lo mejor de dos mundos, es decir, de las memorias flash modernas y de los almacenamientos ordinarios basados en discos giratorios. Con todo, la mejora sustancial del rendimiento que proporciona esta tecnología a veces va acompañada de varios problemas que inevitablemente resultan en la pérdida de datos y la necesidad de su recuperación. El artículo pretende explicar las peculiaridades de dicha tecnología y sugerir algunas técnicas que se pueden aplicar para recuperar datos perdidos.

¿Qué es Fusion Drive?

Implementada por primera vez en el sistema operativo Mountain Lion lanzado a fines de 2012, la tecnología Fusion Drive ahora se soporta en dos computadoras de escritorio de Apple: iMac y Mac Mini en macOS 10.8 o más nuevo.

Fusion Drive es un sistema inteligente de gestión automática de datos de Apple que integra dos medios digitales diferentes: un HDD tradicional y un almacenamiento basado en la tecnología SSD que ambos funcionan como una sola unidad lógica y se presentan al usuario final como un único volumen en Finder.

De manera similar al RAID 0, en el que los datos se dividen entre todas las unidades de la matriz, los datos de dicho almacenamiento se distribuyen entre los dos componentes del sistema, pero con la única diferencia que reside en que el espacio de almacenamiento se reasigna dinámicamente de acuerdo con la frecuencia de uso de datos para lograr el máximo rendimiento: los archivos a los que se accede con más frecuencia junto con los archivos del sistema se almacenan en la unidad flash que es más rápida, mientras que los que se usan con poca frecuencia se mueven a la parte del disco duro de gran capacidad. Como resultado, el sistema se arranca más rápido y también se reduce el tiempo de inicio de las aplicaciones que se utilizan habitualmente.

En esencia, la tecnología se basa en el concepto de almacenamiento en niveles automatizado (storage tiering), lo que implica la migración de datos entre diferentes dispositivos de almacenamiento conectados de acuerdo con los requisitos de rendimiento y capacidad, y en este caso es su implementación basada puramente en software. El único componente de software en el que se basa es el administrador de volúmenes lógicos llamado CoreStorage. CoreStorage sirve como una capa de abstracción adicional entre macOS y las unidades/particiones de Mac que se organizan en Grupos de volúmenes lógicos en lugar de transferirse directamente al sistema operativo. Esto permite crear volúmenes distribuidos (spanned), mientras que Fusion Drive es fundamentalmente un Grupo de volúmenes lógicos compuesto por un disco duro y una unidad de estado sólido.

Sugerencia: Se puede encontrar más información sobre la tecnología Core Storage en el artículo correspondiente.

Organización de datos

Como ya se ha dicho, Fusion Drive está compuesto por dos unidades individuales: una unidad de disco duro y otra de estado sólido. La capacidad total de dicho almacenamiento es igual a la suma de las capacidades de ambos discos. Y la configuración más típica es la siguiente:

dev/disk0 – un SSD físico que forma parte de un Grupo de volúmenes lógicos;

dev/disk1 – un disco duro físico, parte de un Grupo de volúmenes lógicos;

dev/disk2 – un volumen lógico que incluye ambos, disk0 y disk1.

Tanto el disco 0 como el 1 consta de al menos 3 particiones: una partición de servicio pequeña EFI al principio del disco, una partición de datos grande de Fusion Drive en el medio del disco y una partición de configuración del sistema macOS al final.

La partición de datos ocupa hasta el 99% del espacio y normalmente comienza con el sector 409,640. Esta es la única partición dedicada a Fusion Drive. Allí también se almacenan todos los metadatos necesarios para realizar el ensamblaje correcto del sistema y la lectura correcta de sus datos. Hay tres áreas principales de metadatos:

El área de Bloques cifrados se encuentra al final de la partición de datos de Fusion Drive e incluye los metadatos cifrados necesarios para la interpretación de datos. Los metadatos en los discos 0 y 1 están cifrados con claves diferentes, sus contenidos no coinciden completamente, pero una de las copias es suficiente para la reconstrucción correcta de los datos.

El área del Encabezado del volumen se encuentra en los sectores cero y el último de la partición de datos y almacena su UUID (identificador único) y el UUID del Grupo de volúmenes lógicos al que pertenece, así como el tamaño del volumen, las claves de cifrado para los bloques cifrados que se encuentran en el área de Bloques cifrados y la ubicación de las copias de la Etiqueta del disco (Disk Label).

El área de la Etiqueta del disco contiene el Descriptor del volumen que almacena la ubicación de los bloques cifrados, diversa información sobre el Grupo de volúmenes lógicos en XML, incluido su UUID (que corresponde al valor en el Encabezado del volumen), el nombre y la lista de volúmenes que lo componen.

Todos los datos del usuario se escriben primero en la unidad de estado sólido (disco 0) hasta que esté casi lleno; se reserva un "área de búfer" de aproximadamente 4 GB para los archivos entrantes. Después de eso, el sistema comienza a llenar el HDD (disco 1), mientras que los elementos a los que se accede con poca frecuencia se transfieren de la unidad flash a la unidad magnética (y los que se usan con frecuencia – a la SSD). La transferencia de datos entre el disco 0 y el disco 1 se realiza en cadenas de bloques (el tamaño de un bloque es de 128KB, la cantidad de cadenas puede alcanzar varios millones) durante los períodos de inactividad y depende únicamente de los patrones de acceso a los datos que se rastrean por CoreStorage: si los datos raramente accedidos que se almacenan en el HDD se vuelven frecuentemente utilizados, se mueven a la unidad SSD.

También cabe mencionar que en este caso "fusión" (Fusion) no es sinónimo de "híbrido": las arquitecturas híbridas emplean otras técnicas basadas en el almacenamiento en caché de datos, de acuerdo con los cuales la información se almacene principalmente en el elemento HDD y sólo algunas partes determinadas algorítmicamente se copien desde él para mejorar el rendimiento.

Ventajas y desventajas

Combinando la velocidad y el inicio instantáneo propios de una SSD con el espacio de almacenamiento económico de un HDD, Fusion Drive reduce el tiempo de lectura y escritura de los datos a los que se refiere con frecuencia. Aún así, la tecnología tiene unos inconvenientes que también deben tenerse en cuenta:

No es tan rápida que un SSD normal, especialmente cuando se trabaja con archivos más antiguos;

Fusion Drive sólo es compatible con los modelos iMac y Mac Mini. Según los informes, no se espera que la opción esté disponible para otros sistemas Mac;

esta configuración aumenta significativamente las posibilidades de pérdida total o corrupción de datos en caso de que una de las unidades se desconecte accidentalmente o falle.

¿Qué puede provocar la pérdida de datos?

Al igual que cualquier dispositivo de almacenamiento, Fusion Drive puede enfrentarse a problemas mientras funciona y perder datos críticos. Aparte de las situaciones típicas de pérdida de datos cuando ocurre debido a la eliminación accidental de archivos o al formateo del almacenamiento, entre los problemas más comunes se encuentran:

Fusion Drive se presenta como dos unidades en lugar de una en Finder

Esto significa que los discos se han desvinculado y ya no funcionan como Fusion Drive, por lo que los datos que contienen ya son inutilizables. Esto se puede deber al mal uso de las herramientas de administración de discos, un problema de software o al reemplazo de una de las unidades.

Fusion Drive deja de arrancarse

Como regla general, este problema se produce cuando falla el componente SSD o HDD del conjunto. El componente HDD es más propenso a fallas repentinas, mientras que el SSD suele fallarse gradualmente y muestra advertencias, como errores de escritura, notificaciones SMART, etc. Pero lo peculiar de Fusion Drive es que incluso si sólamente una de las unidades falla, todo el almacenamiento se vuelve inoperable y ya no arranca, por lo que todos los datos, incluso los almacenados en la unidad intacta, se hacen ilegibles.

Desaparición de una o más particiones

Este problema puede ocurrir por varios motivos, desde la corrupción del sistema de archivos debido a un corte de energía repentino o un mal funcionamiento del software hasta el uso incorrecto de las utilidades de administración de disco.

Aparición de sectores defectuosos en el disco duro

Los intentos de corregir los errores o resolver los problemas de corrupción mediante la Utilidad de disco pueden causar daños lógicos graves y resultar en la pérdida irreversible de datos. Por lo tanto, los datos importantes deben recuperarse antes de la reparación.

Detalles específicos de la recuperación

En Fusion Drive, los datos se distribuyen entre los dos discos sin duplicarse, y están muy fragmentados. Algunos de los bloques de metadatos necesarios para su lectura correcta se almacenan sólo en el componente SSD y otros – en el HDD, por lo que el trabajo con Fusion Drive no dará ningún resultado a menos que se ensamble correctamente y todos sus componentes estén presentes. En adición, casi todos los metadatos del sistema de archivos sin los cuales es imposible construir correctamente el árbol de archivos y directorios se almacenan en la parte SSD. Asimismo, al menos una copia del área de bloques cifrados debe descifrarse con éxito con las claves de descifrado almacenadas en el Encabezado del volumen.

En consecuencia, la falla total de una de las unidades o el daño severo de los metadatos hace imposible la recuperación de datos. En otros casos, los archivos perdidos se pueden restaurar aplicando uno de los siguientes enfoques:

• los problemas físicos con la unidad no se pueden abarcar con el software, pero algunos de ellos se pueden solucionar si ambas unidades se envían a un proveedor de servicios de recuperación confiable;

• en caso de un problema lógico, el almacenamiento se puede ensamblar con la ayuda de UFS Explorer.

Consulte las instrucciones de cómo recuperar datos de Apple Fusion Drive utilizando UFS Explorer.

Última actualización: el 31 de agosto de 2022