硬盘的坏道和坏点

技术大讲堂

其实每个硬盘都存在坏道或坏点(主要是坏点)。用一般的硬盘扫描程序扫描不到这些坏道或坏点(坏簇)是因为硬盘厂商采取了一种“映射”的方法避开了这些地方,也就是我们常说的用逻辑寻址来代替物理寻址。下面我们就先来谈谈这些坏点和坏道的来源。

坏点和坏道的来源

造成硬盘坏点和坏道的原因很多,但最终结果只有一种,那就是导致磁头不能在磁盘上的某些区域进行正常的数据读(读取)写(存储)。其来源大致有以下几种:

来源之一是磁盘,磁盘由基座层、磁性层、保护涂层和润滑剂层等组成,其制造工艺很复杂。磁盘表面尘粒,表面微小的坑洞,表面油污,某些地方粗糙度超标,磁性层不均匀等都会造成磁头不能在这些区域进行正常的数据读写,也就是产生了坏点或坏道。

来源之二是磁头,如今采用巨磁阻磁头(GMR)的硬盘容量已经达到了3.5英寸单碟133GB,其对磁轨宽度、每条磁轨上磁翻转的数量、相邻磁轨和磁翻转之间的相互干扰等非常敏感,而且磁头自身在性能上会有个体差异,如磁头间出现信噪比、覆写率、平均输出幅值等相差较大的情况,这些因素综合在一起,会导致磁头在磁盘的某些地方不能进行数据读写,从而产生了坏点或坏道。

来源之三是其他方面。如马达性能不是很好时,会导致磁盘的外圈高速运转时摆动过大,从而导致磁盘外圈的一些磁轨不能读写数据。另外磁盘和马达都会导致出现可再现的偏离(RRO),如果磁盘的某些地方幅值过大,那么这些地方将不能进行数据读写,从而产生坏点或坏道。

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3.5英寸硬盘磁盘结构示意图

坏点和坏道的处理方法

既然每个硬盘都存在坏道或坏点,是不是都不能使用了呢?答案是否定的。

硬盘生产过程中,硬盘组装完成,在写完伺服信号(STW)之后,硬盘会进行一些诸如马达能否正常转动,磁头能否自由载入载出,磁头能否准确响应伺服信号等测试。如果一切正常,硬盘会进行一道称为缺陷扫描(Flaw Scan)的测试。

这是非常重要的一道测试,磁头会对磁盘上的所有数据记录区域进行检查,哪些地方不能进行数据的读写也就是存在缺陷(坏道或坏点)的地方,将其对应的物理地址(PBA,Physical Block Address)记录下来,并将不存在缺陷的磁盘区域重新编址也就是逻辑地址 (LBA,Logical Block Address)。用户所见到的硬盘地址都是逻辑地址。下表为物理地址和逻辑地址对应关系。

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由缺陷扫描找到的缺陷被称为永久性缺陷(Permanent Defect),硬盘厂商将相关资料存储在磁盘上的公共区域内,称为永久性缺陷列表,这一列表大小不会随硬盘运行时间的长短而变化。硬盘测试程序在进行低级格式化之前,会计算除永久性缺陷之外的磁盘区域是否够额定容量要求,如果不够,会进行降级处理,如将单碟80GB降级成单碟60GB等,如果永久性缺陷实在太多,会将这一硬盘当坏品处理。

另外,在低级格式化之后,硬盘会进行一系列的读写可靠性测试,在测试过程中可能会有新的缺陷出现,这是由于缺陷扫描不能百分之百找出所有的缺陷,所漏掉的缺陷或者在严格的可靠性测试条件下不能正常读写数据的地方都会被归为新的缺陷。这种缺陷被称为成长性缺陷(Grown Defect),其中也包括用户在使用过程中所出现的缺陷。成长性缺陷的相关信息也存储在磁盘上的公共区域内,称为成长性缺陷列表。硬盘上预留了一部分空间,供磁盘上出现成长性缺陷的地方通过表1中的“映射”方法进行“替换”。

成长性缺陷不能超过预留空间的限制,在硬盘的读写可靠性测试过程中如果成长性缺陷超过预留空间的大小,将会被当作坏品处理送去重新进行测试了。而在用户使用过程中由于绝大部分人是在正常条件下使用,所以很少会出现成长性缺陷超标的情况,如果出现成长性缺陷超标,就会有坏道或坏簇产生。

关于磁盘公共区域

所有以上这些信息都会被记录在磁盘上的公共区域中,其中也包括引导扇区的信息。由于这些信息至关重要,所以也要求公共区域非常安全。

磁盘上的公共区域位于磁盘的中间部分较少出现问题的一些磁轨上,这些磁轨之间距离较宽以减少磁轨之间的相互影响。而且每条磁轨上的磁翻转(类似于一个个小磁铁的记录数据的最小单位)密度非常小以减少磁翻转之间的相互影响。

一旦公共区域遭到破坏,整个硬盘就不能正常工作了,除了送回硬盘厂家返修外别无选择。硬盘厂家对于这类坏品先会重新测试,如果失败就只能将硬盘拆除回收有用的零部件了。

不要随便进行低级格式化

许多文章都在介绍各种硬盘进行低级格式化的方法,还会提供下载相应程序的网址。在这里笔者奉劝大家不要随便进行低级格式化,除非有由硬盘厂家提供的低级格式化程序和方法。因为各个硬盘厂家低级格式化的方法不一样,有的会直接根据公共区域的缺陷列表进行低级格式化,有的则需要重新进行正常的测试包括缺陷扫描。如果你碰上这种情况,那你的硬盘就有可能被降级成低容量的降级硬盘或者干脆不能工作。

笔者的一位朋友根据某网站提供的方法对他的40GB硬盘进行低级格式化之后,结果变成了30GB,他百思不得其解。后来当我解释给他听了以后,他就不敢再试,只好凑合着用30GB的硬盘了。

结语

虽然每个硬盘都存在坏道或坏点(缺陷),作为消费者,我们也不必担心,在保修期内,自然有硬盘厂家负责维修,我们最好选择3年或者5年保修期的产品。而过了保修期以后我们使用就要非常小心了,特别是移动硬盘和笔记本电脑的用户,可能你的使用不当就会造成成长性缺陷,一旦其超标就麻烦了。