BAD sektory to najczęstsza przyczyna „śmierci” starych dysków twardych, kiedy nie możemy uzyskać dostęp do wcześniej zapisanych plików. Jako osoba, która na co dzień zajmuje się zawodowo odzyskiwaniem danych z uszkodzonych dysków twardych, postaram się w kilku słowach wyjaśnić przyrodę tego zjawiska.
Na początku wyjaśnijmy sobie, czym jest sektor w przypadku współczesnych HDD.
Podłoże talerzy magnetycznych we współczesnych HDD może być zrobione ze szkła lub aluminium. Na nią napylane są drobne cząsteczki materiału ferromagnetycznego. Pod mikroskopem to przypomina troszeczkę kawior (Zdjęcie 1).
Źródło: Ismail-Beigi Research Group, Hard Drives Methods And Materials
Przygotowane w ten sposób talerzy montują w dysku twardym, po czym wykonują pierwsze formatowanie. Nosi ono nazwę Servo Track Writing (w skrócie STW) i polega na tym, że zmieniając bieguny pola magnetycznego poszczególnych cząsteczek głowice zapisująco-odczytujące pozostawiają na powierzchni talerza niewidzialne koncentryczne ścieżki (ang. Track).
Źródło: Matesy GmbH – Own work, CC BY-SA 3.0
Każda ścieżka zostaje podzielona na określoną liczbę sektorów. Niżej na rysunku (3) widzimy graficzne zobrazowanie jednego z takich tracków.
Źródło: Dmitry Postrigan, Bad Sector Recovery
Każdy track się składa z kilku sektorów z danymi (Data sector) oraz sektorów z serwo-znacznikami (Servo sector). Te ostatnie mają charakter techniczny. Dzięki nim układ sterujący dysku (układ ten, nazywany również Sterownikiem Dyskowym, składa się z procesora, pamięci operacyjnej, kontrolera silnika i kilku innych elementów) zlokalizowany na płytce drukowanej (tzw. PCB – Printed Circuit Board) może ustalić pozycję głowicy odnośnie centrum tracka. Sterownik non-stop koryguję pozycjonowanie głowicy, gdyż może ona ulegać zmianom na skutek wibracji napędu, fluktuacji aerodynamicznych oraz mikro defektów powierzchni talerza (np z tzw. efektem bicia (ang. Runout), który polega na odchyleniu rzeczywistego Track’a od idealnego okrągu, na przykład zbliżeniu go nieco formą do owalu.)
W górnej części rysunku nr 1 została pokazana (schematycznie) struktura data sectora.
Widzimy tu odstęp pomiędzy sektorami zlokalizowanymi na jednej ścieżce (tzw. gap), adres sektora (A.M. – Address Mark), obszar z danymi (data) oraz obszar z kodem korekcyjnym (ECC – error correction code).
Wiedząc już jaka jest budowa i zasada działania sektorów na dysku twardym możemy zrozumieć, czym są bad sektory. Powstają one, kiedy Sterownik Dyskowy nie potrafi odczytać (poprawnie) któregoś z wymienionych wyżej elementów – wtedy cały ten sektor zostanie oznaczony jako uszkodzony.
Podobne uszkodzenia mogą powstawać w wyniku negatywnych zmian w warstwie ferromagnetycznej lub fizycznej degradacji talerza, o której opowiemy niżej. Uszkodzenia warstwy magnetycznej zdążają się na przykład, kiedy głowica zapisująca w trakcie zapisu zamiast docelowego sektora/ścieżki nadpisuje sąsiedni sektor (sektory). Powodem tu może być silna wibracja lub uderzenie dysku. W takiej sytuacji na miejscu obszaru z danymi (Data) może się okazać, na przykład, ECC lub Data należące do innego sektora. Przy próbie odczytu Sterownik Dyskowy wykryje niezgodność ECC z danymi zapisanymi w sektorze. Taki sektor może być zaliczony do sektorów „podejrzanych”. Z uwagi na to, że warstwa magnetyczna nie jest w tym przypadku uszkadzana, Sterownik Dyskowy będzie próbował wykorzystać „podejrzany” sektor do zapisu innych danych i w razie niepowodzenia stwierdzi fizyczne uszkodzenie powierzchni. Inaczej sytuacja wygląda w przypadku nadpisania serwo-znaczników. Uszkodzone obszary wyłącza się wtedy z użytkowania, ponieważ ich rekonstrukcja wymaga powtórzenia fabrycznych procedur testowania dysku, co oznaczałoby także skasowanie danych użytkownika.
Źródło: T. Yamada et al., Servo Track Writing Technology
Uszkodzenia fizyczne powstają z tego powodu, że warstwa ferromagnetyczna posiada te same cechy co i każdy inny magnes, a więc z czasem traci właściwości magnetyczne. Z reguły, skutki tego procesu w przypadku współczesnych HDD można zauważyć już po około pięciu latach, jeśli dysk jest przechowywany na półce. Raportują o tym m. in. biegli sądowi, którzy po latach próbują odczytać dowody cyfrowe. Przejawia się to w ten sposób, że liczba hash, którą biegły oblicza za każdym razem przystępując do analizy nośnika danych cyfrowych, zaczyna się nie zgadzać z liczbą hash uzyskaną wcześniej.
Badania wykazują, że degradacja warstwy magnetycznej postępuję szybszej, jeśli mamy do czynienia ze znacznymi wahaniami temperatury. W rezultacie może to doprowadzić nawet do całkowitej utraty właściwości magnetycznych, co oznacza też, że nie da się już odczytać zapisane na dysku dane.
Wysokie temperatury w połączeniu z wilgotnością zwiększają intensywność procesów korozyjnych. Warstwa magnetyczna talerzy jest wykonana z metalu i jak każdy metal jest na tą korozję narażona. Aby się przed nią uchronić warstwa magnetyczna jest pokryta dodatkowo dwoma warstwami ochronnymi, przy czym górna warstwa ochronna ma właściwości smarujące. Kiedy głowica w wyniku wibracji lub uderzeń dysku dotyka powierzchni talerza, to kontaktuje przede wszystkim z warstwą smarującą i przez to nie uszkadza się i nie uszkadza warstwy magnetycznej. Talerz może spokojnie „przeżyć” kilka takich dotknięć. Oczywiście z czasem głowica będzie zabrudzona materiałem smarującym, a przez to zwiększy się wysokość jej lotu, a w konsekwencji również wrażliwość na zmiany pola magnetycznego (zdolność do poprawnego odczytania poszczególnych bitów). W najgorszym przypadku to prowadzi do uszkodzenia całego dysku (była to główna przyczyna wysokiej awaryjności dysków twardych Seagate serii 10).
Warto pamiętać o tym, że grubość warstw ochronnych jest bardzo mała. Producenci zawsze szukają kompromisu pomiędzy ochroną warstwy z danymi a zapewnieniem głowicom możliwości odczytu mikroskopijnych zmian pola magnetycznego. Głowica musi znajdować jak najbliżej warstwy magnetycznej, a przy tym zachowywać bezpieczną wysokość lotu nad powierzchnią talerza.
Źródło: Kanu G. Ashar, Magnetic Disk Drive Technology
Z powyższych rozważań wynika, że każde wyjście poza zakres rekomendowanych warunków eksploatacji HDD przyśpiesza degradację warstwy z danymi. Wysokie temperatury sprzyjają szybszej demagnetyzacji warstwy roboczej. W połączeniu z wysoką wilgotnością to prowadzi do jej szybszej korozji. Rekomendujemy więc sprawdzić czy Państwa dysk twardy nie przegrzewa się i w razie konieczności zainstalować dodatkowe chłodzenie. Należy również kontrolować wilgotność powietrza w pomieszczeniu, w którym znajduje się komputer. Wysoka wilgotność może prowadzić także do innych uszkodzeń techniki komputerowej.
Jeśli macie Państwo uwagi lub życzenia, to zapraszam do pozostawienia komentarzy 🙂