Что такое плохие сектора и как их исправить? [Часть 1]

Представьте себе, что вы потеряли власть

в вашем районе, когда ваш компьютер был включен. После восстановления питания вы загружаете компьютер только для того, чтобы обнаружить, что Windows автоматически запустила autochk на вашем жестком диске и сообщает, что на диске имеются поврежденные сектора.

Что это за плохие сектора? Это признак того, что ваш диск будет кусать пыль?

? Можно ли отремонтировать эти сектора? У нас есть ответы на эти и другие вопросы в этой статье из двух частей.

Эта первая часть будет посвящена аппаратным аспектам проблемы, а вторая будет касаться программного обеспечения, включая операционную систему, инструменты производителя и сторонние утилиты.

Какие сектора?

Терминология для жестких дисков возникла из механических приводов, и наше обсуждение извлекает выгоду из небольшого исторического фона.

Физическая планировка

Механический жесткий диск состоит из одного или нескольких алюминиевых или стеклянных и керамических Жесткие диски покрыты магнитным материалом, содержащим кобальт, иногда платину и никель. Каждая сторона имеет концентрические кольца, где будут храниться данные, называемые треков. Стек дорожек на всех пластинах называется цилиндр. Наконец, каждый трек делится на дуги, называемые секторов.

Каждый диск имеет две стороны со связанной головкой чтения / записи, прикрепленной к блоку стопок головок (HSA), который перемещается по диску через приводной механизм. Когда пластины вращаются, это создает «воздушную подушку», заставляющую головки плавать на расстоянии от 5 до 10 нанометров от пластины, поэтому в идеале нет контакта между магнитной поверхностью пластин и головками чтения / записи. Старые диски могут иметь высоту поплавка до 100 нанометров. Чтобы представить масштаб, лист бумаги имеет толщину примерно 75 000 нанометров.

Каждый диск имеет ограниченные дорожки системной области, которые недоступны для пользователя. Контроллер накопителя хранит информацию о накопителе в этой области, включая списки неисправных секторов и запасные сектора, которые используются во время переназначения. Некоторые накопители также могут иметь запасные сектора, расположенные в конце каждой дорожки.

адресация

Каждый сектор на диске является индивидуально адресуемым, что первоначально было сделано с помощью обращения к цилиндру, головке и сектору (CHS), где хранятся необходимые данные. Когда жесткий диск был установлен в компьютер, вам нужно было изменить настройки BIOS

сообщить ему количество цилиндров, головок и секторов на дорожке на диске. Эти настройки известны как геометрия привода.

Позже контроллер был перемещен с карты расширения, подключенной к материнской плате, к самому накопителю. Одной из вещей, которые это позволило, был перевод логической геометрии привода в другую физическую геометрию. Две причины, по которым это стало важным, заключается в том, что он предоставил способ обойти ограничения адресации CHS и позволил запись зонированных битов (ZBR).

Если посмотреть на схему компоновки привода, то сектора на внешнем крае привода длиннее, чем те, что ближе к шпинделю. С постоянной плотностью записи это означает, что по внешнему краю накопителя имеется неиспользуемое пространство, которое вообще не использовалось для хранения каких-либо данных. При использовании ZBR группы дорожек будут иметь одинаковую разметку, при этом зоны ближе к внешнему краю будут иметь больше секторов на дорожку, поэтому будет меньше потерянного пространства и больше данных будет храниться на пластине при сохранении одинаковой плотности записи.

Для того, чтобы заставить его работать с существовавшим на тот момент дизайном BIOS, контроллеру диска необходимо будет преобразовать логическую геометрию диска, введенную в BIOS, в физическую геометрию, которую диск действительно использовал.

На современных современных накопителях адресация выполняется с использованием логической блочной адресации (LBA), которая представляет собой целочисленный индекс, начинающийся с нуля, начиная с первого цилиндра, первой головки, первого сектора и перемещаясь по секторам, голова за головой от цилиндра к цилиндру до конца привода.

Несмотря на то, что современные твердотельные накопители

(SSD) не имеют физической компоновки, удаленно напоминающей это, они все еще используют те же интерфейсы и схему адресации LBA.

Секторное расположение

Каждый сектор также имеет определенную структуру. Он содержит преамбулу, данные и код исправления ошибок (ECC).

Преамбула содержит информацию, используемую контроллером диска, включая разрыв между секторами, биты синхронизации и синхронизацию синхронизации, а также адресную метку (номер сектора, местоположение и состояние).

Данные — это пользовательские данные, которые хранятся в секторе. До недавнего времени большинство накопителей хранили 512 байт данных на сектор. С 2010 года большинство накопителей представляют собой накопители Advanced Format (AF) 4K, в которых используются сектора размером 4096 байт. Некоторые операционные системы, такие как Windows Vista и 7, требуют наличия специальных драйверов и обновленных средств, применяемых в качестве исправления через Центр обновления Windows, чтобы иметь возможность работать с этими дисками в качестве загрузочных устройств. Это исправление является частью пакета обновления 1 для Windows 7, и многие диски AF поставляются с драйверами, позволяющими использовать их в Windows XP.

ECC — это математически выведенный код, основанный на данных, хранящихся в секторе, который используется контроллером диска для обнаружения проблем с данными и позволяет восстановить исходные данные. Количество битов, которые могут быть исправлены, ограничено в зависимости от конкретного алгоритма, используемого для генерации ECC, который варьируется в зависимости от производителя и может даже различаться в зависимости от дисков, изготовленных одной и той же компанией.

Что такое плохие сектора?

Плохой сектор — это тот, который не может быть надежно прочитан или записан. Это может произойти по двум причинам. Во-первых, это физическое повреждение носителя записи или другие типы проблем, приводящие к неисправимым ошибкам чтения, которые могут быть результатом производственных дефектов, магнитного износа, возможно, изношена ячейка флэш-памяти SSD или сделаны головки для чтения / записи. контакт с пластиной, повреждающей магнитное покрытие.

Все диски гарантированно поставляются с неисправными секторами. Старожилы могут запомнить дни ввода поврежденных секторов, которые производитель перечислил на диске, в инструмент низкоуровневого форматирования, прежде чем можно было разбивать и форматировать диск с помощью встроенных инструментов операционной системы.

Низкоуровневое форматирование и последующая маркировка плохих или маргинальных секторов теперь выполняются на заводе в конце производственного процесса, поэтому пользователю больше не нужно беспокоиться об этом. Расположение этих секторов сохраняется в первом из двух списков неисправных секторов на диске — в P-LIST или в списке первичных дефектов. Электроника жесткого диска автоматически игнорирует сектора в этом списке и не замедляет доступ к диску.

Со временем в других секторах могут начаться проблемы. Это может быть связано с поломкой головы, магнитным износом и другими проблемами. Этот второй тип ошибки обычно называют мягкой ошибкой, поскольку, по крайней мере, на начальных этапах ошибки могут быть исправлены с помощью механизмов CRC и ECC.

Как только ошибки в этих секторах становятся неисправимыми или слишком нестабильными, они добавляются в G-LIST или расширенный список дефектов. Они будут автоматически переназначены для резервирования секторов на диске. Если на диске есть запасные сектора на одной дорожке, они будут использованы в первую очередь, прежде чем переназначиться на сектор на другой дорожке. Доступ к переназначенным секторам замедляет работу диска, а скорость продолжает падать по мере роста G-LIST.

Как сектора помечаются как «плохие»?

Чтобы предотвратить потерю данных, контроллер жесткого диска ищет проблемы во время своей нормальной работы. Фактически, контроллер диска будет выполнять большую часть работы за кулисами и никогда даже не сообщит вашей операционной системе, что случилось что-то непредвиденное.

Помните код исправления ошибок, расположенный в каждом секторе? Когда привод считывает данные сектора, он повторно вычисляет ECC и сравнивает его с ECC, хранящимся в секторе. Если они не совпадают, он попытается использовать ECC для восстановления поврежденных данных.

, Если величина ошибки мала и ее можно исправить, она просто доставляет исправленные данные и увеличивает счетчик 195 технологии самоконтроля, анализа и отчетности (SMART) (аппаратная коррекция ECC). Если он не может исправить ошибку, он будет увеличивать счетчик SMART 198 (Число секторов, не подлежащих исправлению в автономном режиме) и счетчик 197 (Число секторов, ожидающих в текущий момент), пока не будет предпринята попытка записи в этот сектор.

Плохие сектора не перераспределяются до тех пор, пока не будет предпринята попытка записи в этот сектор, чтобы сохранить возможность восстановления данных.

с помощью других методов. После того, как операция записи предпринята в плохом секторе, контроллер выделит новый пустой сектор из резервного пула для замены поврежденного сектора, флаг дефекта обновляется, чтобы указать, что сектор был перераспределен, и обновляется G-LIST. Любые данные в исходном секторе могут быть потеряны, если последняя попытка чтения данных не удалась. Вот почему любые продвинутые попытки восстановления должен быть сделано до записи в подозрительный плохой сектор.

Движение вперед

Теперь, когда мы заглянули внутрь накопителя, чтобы увидеть, что происходит за кулисами, у вас есть достаточный опыт, чтобы лучше понять, как с ним будет работать операционная система и другое программное обеспечение.

Во второй части мы рассмотрим инструменты, предоставляемые операционной системой, производителями жестких дисков и сторонними организациями, которые можно использовать для диагностики и устранения неисправных секторов. Мы также рассмотрим инструменты, используемые для мониторинга общего состояния диска. При грамотном использовании этих инструментов вы легко увидите, предвещают ли плохие сектора неизбежный сбой накопителя или, скорее всего, у вас останется много лет с вашими любимыми данными.

Изображение предоставлено: диаграмма AF (CC на 3,0) Дугольсена, Жесткий диск (CC на 2,0) Уильямом Уорби