Was sind schlechte Sektoren und wie können Sie sie beheben? [Teil 1]

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Was sind diese schlechten Sektoren? Ist dies ein Zeichen Ihre Festplatte wird in den Staub beißen 5 Zeichen Ihre Festplatte Lebensdauer endet (und was zu tun ist) 5 Zeichen Ihre Festplatte Lebensdauer endet (und was zu tun) Da die Mehrheit der Menschen heute besitzen Laptops und externe Festplatten, die ziemlich viel herumgeschleppt werden, dürfte eine realistische Festplattenlebensdauer von etwa 3 - 5 Jahren sein. Dies ist eine extrem ... Lesen Sie mehr? Können diese Sektoren repariert werden? Wir haben die Antworten auf diese Fragen und mehr in diesem zweiteiligen Artikel.

Dieser erste Teil befasst sich mit den Hardwareaspekten des Problems, während der zweite Teil die Software einschließlich des Betriebssystems, der Herstellerwerkzeuge und der Dienstprogramme von Drittanbietern behandelt.

Was sind Sektoren?

Die Terminologie für Festplatten stammt von mechanischen Antrieben, und unsere Diskussion profitiert von einem gewissen historischen Hintergrund.

Physisches Layout

Eine mechanische Festplatte besteht aus einer oder mehreren Aluminium- oder Glas- und Keramikplatten, die mit einem magnetischen Material beschichtet sind, das Kobalt, manchmal auch Platin und Nickel enthält. Jede Seite hat konzentrische Ringe, in denen Daten gespeichert werden, die als Tracks bezeichnet werden . Ein Stapel von Tracks über alle Platten wird als Zylinder bezeichnet . Schließlich ist jede Spur in Sektoren unterteilt, die als Sektoren bezeichnet werden .

Jede Platte hat zwei Seiten mit einem zugeordneten Lese- / Schreibkopf, der an einer Kopfstapelanordnung (head stack assembly, HSA) befestigt ist, die sich über einen Aktuatormechanismus über die Platte bewegt. Wenn sich die Platten drehen, entsteht ein "Luftpolster", wodurch die Köpfe 5 bis 10 Nanometer von der Platte entfernt schwimmen, so dass idealerweise kein Kontakt zwischen der magnetischen Oberfläche der Platten und den Lese- / Schreibköpfen besteht. Ältere Laufwerke können eine Float-Höhe von bis zu 100 Nanometern haben. Um sich die Skala vorzustellen, ist ein Blatt Papier ungefähr 75.000 Nanometer dick.

Jedes Laufwerk verfügt über eingeschränkte Systembereichsspuren, die nicht für den Benutzer zugänglich sind. Der Laufwerk-Controller speichert Informationen über das Laufwerk in diesem Bereich, einschließlich der Liste der fehlerhaften Sektoren und der Ersatzsektoren, die während der Neuzuordnung verwendet werden. Einige Laufwerke können auch Ersatzsektoren am Ende jeder Spur haben.

Adressierung

Jeder Sektor auf einem Laufwerk ist individuell adressierbar, was ursprünglich durch Bezugnahme auf den Zylinder, den Kopf und den Sektor (CHS) gemacht wurde, wo die erforderlichen Daten gespeichert sind. Wenn eine Festplatte im Computer installiert war, mussten Sie die BIOS-Einstellungen ändern. Entdecken Sie Ihr BIOS und lernen Sie, wie Sie es optimal nutzen können Entdecken Sie Ihr BIOS und lernen Sie, wie Sie es optimal nutzen Was zum Teufel ist das BIOS überhaupt? Ist es wirklich so wichtig zu wissen? Wir denken es und zum Glück ist es ziemlich einfach. Lass uns dich vorstellen. Lesen Sie mehr, um die Anzahl der Zylinder, Köpfe und Sektoren pro Spur auf dem Laufwerk zu erfahren. Diese Einstellungen werden zusammen als Laufwerksgeometrie bezeichnet.

Später wurde der Controller von einer an das Motherboard angeschlossenen Add-In-Karte auf das Laufwerk selbst verschoben. Eine der möglichen Aufgaben war die Übersetzung einer logischen Geometrie des Antriebs in eine andere physikalische Geometrie. Zwei Gründe, warum dies wichtig wurde, war, dass es eine Möglichkeit bot, um die Adressierungsbeschränkungen von CHS zu umgehen, und es erlaubt, Zoned Bit Recording (ZBR) durchzuführen.

Wenn Sie sich das Diagramm des Antriebslayouts ansehen, sind die Sektoren am äußeren Rand des Laufwerks länger als die, die näher an der Spindel liegen. Bei einer konstanten Aufzeichnungsdichte bedeutet dies, dass am äußeren Rand des Laufwerks Platz verschwendet wird, der nicht zum Speichern von Daten verwendet wurde. Mit ZBR würden Gruppen von Spuren das gleiche Layout haben, wobei die Zonen näher an der äußeren Kante mehr Sektoren pro Spur aufweisen, so dass weniger verschwendeter Platz und mehr Daten pro Platte bei gleicher Aufzeichnungsdichte gespeichert werden.

Damit es mit dem damals aktuellen BIOS-Design funktioniert, müsste der Plattencontroller die logische Geometrie des Laufwerks, wie sie im BIOS eingegeben wurde, in die physische Geometrie umwandeln, die das Laufwerk tatsächlich verwendete.

Bei den heutigen modernen Antrieben erfolgt die Adressierung mittels logischer Blockadressierung (Logical Block Addressing, LBA), bei der es sich nur um einen auf Null basierenden ganzzahligen Index handelt, beginnend beim ersten Zylinder, ersten Kopf, ersten Sektor und Sektor für Sektor, Kopf-an-Kopf Zylinder für Zylinder bis zum Ende des Antriebs.

Auch wenn Solid State Drives heute funktionieren Wie funktionieren Solid-State-Drives? Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke? In diesem Artikel erfahren Sie genau, was SSDs sind, wie SSDs funktionieren und funktionieren, warum SSDs so nützlich sind und welchen Nachteil SSDs haben. Read More (SSD) haben kein physisches Layout, das dem ähnelt, sie verwenden immer noch die gleichen Schnittstellen und das LBA-Adressierungsschema.

Sektor-Layout

Jeder Sektor hat ein eigenes Layout. Es enthält eine Präambel, Daten und einen Fehlerkorrekturcode (ECC).

Die Präambel enthält Informationen, die von dem Plattencontroller verwendet werden, einschließlich einer Lücke zwischen Sektoren, Synchronisationsbits und Timingausrichtung und einer Adressmarkierung (die Sektornummer, den Ort und den Status).

Die Daten sind die Benutzerdaten, die in dem Sektor gespeichert sind. Bis vor kurzem speicherten die meisten Laufwerke 512 Datenbytes pro Sektor. Seit 2010 sind die meisten Laufwerke Advanced Format (AF) 4K-Laufwerke, die Sektorgrößen von 4096 Byte verwenden. Einige Betriebssysteme wie Windows Vista und 7 erfordern spezielle Treiber und aktualisierte Tools, die als Hotfix über Windows Update angewendet werden, um mit diesen Laufwerken als Startgeräte umgehen zu können. Dieser Hotfix ist Bestandteil von Service Pack 1 für Windows 7, und viele AF-Laufwerke werden mit Treibern geliefert, damit sie unter Windows XP verwendet werden können.

Der ECC ist ein mathematisch abgeleiteter Code, der auf den in dem Sektor gespeicherten Daten basiert, der vom Plattencontroller verwendet wird, um zu erkennen, ob ein Problem mit den Daten besteht, und zu ermöglichen, dass die ursprünglichen Daten rekonstruiert werden. Die Anzahl der Bits, die korrigiert werden können, ist basierend auf dem spezifischen Algorithmus begrenzt, der zum Erzeugen des ECC verwendet wird, der je nach Hersteller variiert und sogar zwischen Laufwerken desselben Unternehmens variieren kann.

Was sind schlechte Sektoren?

Ein schlechter Sektor ist einer, der nicht zuverlässig gelesen oder geschrieben werden kann. Dies kann aus zwei Gründen geschehen. Die erste ist eine physikalische Beschädigung des Aufzeichnungsmediums oder andere Arten von Problemen, die zu nicht korrigierbaren Lesefehlern führen, die ein Ergebnis von Herstellungsfehlern, magnetischer Abnutzung, der Flash-Speicherzelle einer SSD oder der Schreib- / Leseköpfe sein können Berührung mit der Platte, die die magnetische Beschichtung beschädigt.

Alle Laufwerke sind ziemlich gut mit defekten Sektoren ausgeliefert. Oldtimer erinnern sich vielleicht an die Tage, an denen sie die schlechten Sektoren, die der Hersteller auf dem Laufwerk angegeben hat, in das Low-Level-Formatierungsprogramm eingegeben haben, bevor sie das Laufwerk mit den systemeigenen Tools des Betriebssystems partitionieren und formatieren können.

Low-Level-Formatierung und konsequente Markierung von schlechten oder marginalen Sektoren wird jetzt am Ende des Produktionsprozesses in der Fabrik durchgeführt, so dass sich der Benutzer nicht länger darum kümmern muss. Die Positionen dieser Sektoren werden in der ersten von zwei Listen von fehlerhaften Sektoren auf dem Laufwerk gespeichert - der P-Liste oder der primären Fehlerliste. Die Festplattenelektronik ignoriert Sektoren auf dieser Liste automatisch und verlangsamt den Laufwerkzugriff nicht.

Im Laufe der Zeit können andere Sektoren Probleme zeigen. Dies kann auf einen Kopfaufprall, magnetische Abnutzung und andere Probleme zurückzuführen sein. Dieser zweite Fehlertyp wird üblicherweise als weicher Fehler bezeichnet, da zumindest in seinen Anfangsstadien die Fehler mit CRC- und ECC-Mechanismen korrigiert werden können.

Sobald die Fehler in diesen Sektoren unkorrigierbar oder zu instabil werden, werden sie der G-LIST- oder der Grow-Defect-Liste hinzugefügt. Diese werden automatisch den Ersatzsektoren auf dem Laufwerk zugeordnet. Wenn das Laufwerk über Ersatzsektoren auf derselben Spur verfügt, werden diese zuerst verwendet, bevor eine Neuzuordnung zu einem Sektor auf einer anderen Spur erfolgt. Der Zugriff auf neu zugeordnete Sektoren verlangsamt das Laufwerk, und die Geschwindigkeit nimmt weiter ab, wenn die G-LIST wächst.

Wie werden Sektoren als "schlecht" gekennzeichnet?

Um Datenverluste zu vermeiden, sucht der Festplattencontroller während des normalen Betriebs nach Problemen. In der Tat wird der Festplatten-Controller viel von der Arbeit hinter den Kulissen tun und Ihr Betriebssystem nie etwas Unvorhergesehenes wissen lassen.

Erinnern Sie sich an den Fehlerkorrekturcode in jedem Sektor? Wenn das Laufwerk die Sektordaten liest, berechnet es das ECC erneut und vergleicht es mit dem ECC, das in dem Sektor gespeichert ist. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird es versuchen, die ECC zu verwenden, um die beschädigten Daten zu rekonstruieren Was ist Daten Korruption und wie man es verhindert Was ist Daten Korruption und wie man es verhindert Daten Korruption ist häufiger als Sie vielleicht denken, und es könnte passieren Sie, wenn Sie es am wenigsten erwarten. Beachten Sie diese Tipps, bevor es zu spät ist! Weiterlesen . Wenn der Fehlerbetrag klein ist und korrigiert werden kann, liefert er einfach die korrigierten Daten und inkrementiert den SMART-Zähler 195 (Hardware ECC Correction). Wenn es den Fehler nicht korrigieren kann, erhöht es den SMART-Zähler 198 (Offline Uncorrectable Sector Count) und den Zähler 197 (Current Pending Sector Count), bis ein Schreibvorgang für diesen Sektor versucht wird.

Ungültige Sektoren werden erst wieder zugewiesen, wenn versucht wird, in den Sektor zu schreiben, um die Möglichkeit der Datenwiederherstellung zu wahren. Was ist Datenwiederherstellung und wie funktioniert sie? Was ist Datenrettung und wie funktioniert es? Wenn Sie jemals einen großen Datenverlust erlebt haben, haben Sie sich wahrscheinlich gefragt, wie Daten wiederhergestellt werden können - wie funktioniert das? Lesen Sie mehr über andere Methoden. Sobald eine Schreiboperation in einem fehlerhaften Sektor versucht wird, weist die Steuerung einen neuen leeren Sektor aus dem Ersatzpool zu, um den fehlerhaften Sektor zu ersetzen, das Fehlerkennzeichen wird aktualisiert, um anzuzeigen, dass der Sektor neu zugeordnet wurde, und die G-LISTE wird aktualisiert. Alle Daten im ursprünglichen Sektor können verloren gehen, wenn ein letzter Versuch zum Lesen der Daten fehlschlägt. Aus diesem Grund müssen vor dem Schreiben in einen vermuteten fehlerhaften Sektor erweiterte Wiederherstellungsversuche durchgeführt werden.

Vorwärts gehen

Nachdem wir nun einen Blick in das Laufwerk geworfen haben, um zu sehen, was hinter dem Vorhang passiert, haben Sie ausreichend Hintergrundwissen, um besser zu verstehen, wie das Betriebssystem und andere Software damit arbeiten.

Im zweiten Teil werden wir uns die Tools des Betriebssystems, Festplattenhersteller und Drittanbieter ansehen, mit denen Sie fehlerhafte Sektoren diagnostizieren und damit umgehen können. Wir werden uns auch Tools ansehen, die zur Überwachung des allgemeinen Laufwerkzustands verwendet werden. Mit einem vernünftigen Einsatz dieser Tools können Sie leicht erkennen, ob schlechte Sektoren einen bevorstehenden Laufwerksausfall vorhersagen oder ob es wahrscheinlicher ist, dass Sie noch viele Jahre mit Ihren geliebten Daten haben werden.

Bildnachweis: AF-Diagramm (CC by 3.0) von Dougolsen, Festplatte (CC by 2.0) von William Warby