Виды дефектов и причины их появления
Настало время разобраться, а отчего, собственно, возникает такая неприятность, как бэды? Для этого рассмотрим структуру сектора, в том виде, каким его видит электроника винта "изнутри":
Рис. 1. Упрощенная структура сектора жесткого диска
Как видно из рисунка 1, все намного сложнее, чем могло показаться на первый взгляд, даже с помощью дискового редактора. Сектор состоит из заголовка-идентификатора и области данных. Начало сектора помечается специальным байтом - адресным маркером (1). Он служит для сообщения контроллеру о том, что сектор находится под головкой. Затем следуют ячейки, в которых содержится уникальный адрес сектора в формате CHS (2) и его контрольная сумма - для проверки целостности записанного адреса (3). 512 байт данных пользователя помещаются в отдельном поле (4), к которому при записи добавляется несколько десятков байт избыточной информации, предназначенной для коррекции ошибок чтения с помощью ECC-кода (5). Рядом с данными размещается 4 байта циклической контрольной суммы (CRC) данных, которая служит для проверки целостности данных пользователя, и сообщения системе коррекции ошибок при ее нарушении (6). Для более надежной работы сектора при колебаниях скорости вращения имеются байты-пробелы (7). У некоторых винчестеров имеется дополнительный байт после AM - в нем сектор помечается как BAD.
Структура низкоуровневого формата сильно различается у разных моделей накопителей, и определяется типом используемого контроллера, его микропрограммой и изобретательностью разработчиков.
Пока структура формата не нарушена, винчестер работает исправно, четко выполняя свои обязанности - хранение информации. Но стоит вмешаться злым силам - и в зависимости от вида разрушений, они проявляются как BAD-секторы разной степени тяжести.
Дефекты можно разделить на две большие группы: физические и логические. Рассмотрим каждый их вид подробно.
Физические дефекты
Дефекты поверхности. Возникают при механическом повреждении магнитного покрытия внутри пространства сектора, например из-за царапин, вызванных пылью, старением блинов или небрежным обращением с жестким диском. Такой сектор должен быть помечен как негодный и исключен из обращения.
Серво-ошибки. У всех современных накопителей для перемещение головок используется система, получившая название (звуковая катушка), которая в отличие от шагового двигателя старых винтов, не имеет какой-либо дискретности перемещения. Для точного попадания головок на дорожки в винтах используется система с обратной связью, которая ориентируются по специальным магнитным сервометкам, нанесенным на диск. Сервометки имеются на каждой стороне каждого диска. Они расположены равномерно вдоль всех дорожек, и строго радиально, как спицы в колесе, образуя сервоформат. Он не относится к формату нижнего уровня и на рисунке не показан, но имеется абсолютно у всех современных винчестеров, и играет важнейшую роль. По сервометкам происходит стабилизация скорости вращения двигателя и удержание головки на заданном треке, независимо от внешних воздействий и тепловой деформации элементов.
Однако в процессе эксплуатации винта, некоторые сервометки могут оказаться разрушены. Если мертвых сервометок станет слишком много, в этом месте начнут происходить сбои при обращении к информационной дорожке: головка, вместо того, чтобы занять нужное ей положение и прочитать данные, начнет шарахаться из стороны в сторону. Это будет выглядеть как жирный и особо наглый BAD, или даже как их группа. Их присутствие часто сопровождается стуком головок, зависанием накопителя и невозможностью исправить его обычными утилитами. Устранение таких дефектов возможно только специальными программами, путем отключения дефектных дорожек, а иногда и всей дисковой поверхности. Для этих целей в некоторых накопителях имеется серводефект-лист, хранящий информацию о плохих сервометках. В отличие от P- и G-листа, серводефект-лист используется не транслятором, а всей микропрограммой винта. К секторам, имеющим дефектные сервометки, блокируется доступ даже по физическим параметрам, что позволяет избежать стуков и срывов при обращении к ним. Самостоятельно винчестер восстановить сервоформат не может, это делается только на заводе.
Аппаратные BAD-секторы. Возникают из-за неисправности механики или электроники накопителя. К таким неполадкам относятся: обрыв головок, смещение дисков или погнутый вал в результате удара, запыление гермозоны, а также различные глюки в работе электроники. Ошибки такого типа обычно имеют катастрофический характер и не подлежат исправлению программным путем.
Логические дефекты
Эти ошибки возникают не из-за повреждения поверхности, а из-за нарушений логики работы сектора. Их можно разделить на исправимые и неисправимые. Логические дефекты имеют такие же внешние проявления, как и физические, и отличить их можно только косвенно, по результатам различных тестов.
Исправимые логические дефекты (софт-бэды): появляются, если контрольная сумма сектора не совпадает с контрольной суммой записанных в него данных. Например, из-за помех или отключения питания во время записи, когда винт уже записал в сектор данные, а контрольную сумму записать не успел (Рис. 1). При последующем чтении такого "недописанного" сектора произойдет сбой: винчестер сначала прочитает поле данных, потом вычислит их контрольную сумму и сравнит полученное с записанным. Если они не совпадут, контроллер накопителя решит, что произошла ошибка и сделает несколько попыток перечитать сектор. Если и это не поможет (а оно не поможет, так как контрольная сумма заведомо неверна), то он, используя избыточность кода, попытается скорректировать ошибку, и если это не получится - винт выдаст ошибку внешнему устройству. Со стороны операционной системы это будет выглядеть как BAD. Некоторые жесткие диски имели повышенную склонность к образованию софт-бэдов из-за ошибок в микропрограмме - при определенных условиях контрольные суммы вычислялись неправильно; у других это происходило из-за дефектов механики.
Операционная система или BIOS не могут исправить логический дефект самостоятельно, так как прежде чем писать в сектор, они проверяют его на целостность, нарываются на ошибку и отказываются писать. При этом контроллер винта эту ошибку скорректировать тоже не может: он тщетно пытается прочитать этот сектор со второй, с третьей попытки, и когда это не получается - он всеми силами пытается себе помочь, на ходу подстраивая канал чтения и сервосистему. При этом и раздается душераздирающий скрежет. Этот скрип производят не "головки по поверхности", как многие привыкли думать, а всего лишь катушка позиционера, из-за специфической формы тока, протекающего через нее, и он абсолютно безопасен. Адрес непрочитанного сектора попадает во временный дефект-лист, изменяя значение атрибута Current Pending Sector в SMART, и сохраняется в нем. Ремапа при чтении не происходит.
И только принудительная низкоуровневая перезапись этого сектора специальной программой в обход BIOS приводит к автоматическому перерасчету и перезаписи контрольной суммы, то есть BAD-блок бесследно исчезает. Переписать его можно дисковым редактором, способным работать с винтом непосредственно через порты, но обычно "переписывают" весь диск, заполняя его секторы нулями. Утилиты, делающие это, свободно распространяются производителями накопителей, и часто неправильно называются "программами для низкоуровневого форматирования". На самом деле это - простые "обнулители", что нисколько не мешает им избавлять винт от бэдов: при удачной записи софт-бэды исчезают, а при неудачной - бэд считается физическим, и происходит авторемап.
Неисправимые логические ошибки. Это ошибки внутреннего формата винчестера, приводящие к такому же эффекту, как и дефекты поверхности. Возникают при разрушении заголовков секторов, например из-за действия на винт сильного магнитного поля. Но в отличие от физических дефектов, они поддаются исправлению программным путем. А неисправимыми они названы только потому, что для их исправления необходимо сделать "правильное" низкоуровневое форматирование, что обычным пользователям затруднительно из-за отсутствия специализированных утилит. Поэтому в быту такой сектор отключается так же, как и физический - с помощью ремапа. В настоящее время все большее количество винтов выпускается по технологии ID-less (сектора без заголовков), поэтому этот вид ошибок уже не так актуален.
"Адаптивные" бэды. Несмотря на то, что винты является очень точными устройствами, при их массовом производстве неизбежно возникает разброс параметров механики, радиодеталей, магнитных покрытий и головок. Старым накопителям это не мешало, но у современных винтов с их огромной плотностью записи, малейшие отклонения в размерах деталей или в амплитудах сигналов, могут привести к ухудшению свойств изделия, появлению ошибок, вплоть до полной потери его работоспособности. Поэтому все современные накопители при изготовлении проходят индивидуальную настройку, в процессе которой подбираются такие параметры электрических сигналов, при которых устройству работается лучше. Эта настройка осуществляется программой ПЗУ при технологическом сканировании поверхности. При этом генерируются так называемые адаптивы - переменные, в которых содержится информация об особенностях конкретного гермоблока. Адаптивы сохраняются на блинах в служебной зоне, а иногда во флэш-памяти на плате контроллера.
Если в процессе эксплуатации винта адаптивы окажутся разрушены (это может случиться в результате ошибок в самом винте, статического электричества или из-за некачественного питания), то последствия могут быть непредсказуемы: от банальной кучи бэдов до полной неработоспособности девайса, с отказом выходить на готовность по интерфейсу. "Адаптивные" бэды отличаются от обычных тем, что они "плавающие": сегодня они есть, а завтра могут исчезнуть и появиться совсем в другом месте. Ремапить такой винт бесполезно - дефекты-призраки будут появляться снова и снова. И при этом дисковая поверхность может быть в безупречном состоянии! Лечатся адаптивные бэды прогоном selfscan - внутренней программы тестирования, аналогичной той, что применяется на заводе при изготовлении винтов. При этом создаются новые адаптивы, и винт возвращается к нормальному состоянию. Это делается в условиях фирменных сервис-центров.
Намечающиеся дефекты
Это участки поверхности, на которых еще не сформировался явно выраженный дефект, но уже заметны проблемы со скоростью чтения. Это происходит от того, что сектор не читается контроллером с первого раза, и винт вынужден делать несколько оборотов диска, пытаясь прочитать его без ошибок. Если прочитать данные все-таки удается, то винт ничего не сообщит операционной системе, и ошибка останется незамеченной до тех пор, пока на этом месте не возникнет настоящий BAD-блок. Как правило, тут же выясняется, что именно на этом месте хранился очень важный файл, в единственном экземпляре, и спасти его уже нельзя. Поэтому диски нужно периодически тестировать. Это можно делать программой Scandisk или Norton Disk Doctor в режиме тестирования поверхности, но лучше - специальной утилитой, работающей независимо от файловой системы и умеющей выявлять намечающиеся BAD-секторы, замеряя время чтения каждого сектора.
