Подготовка винчестера на заводе
Перед скрытием bad-секторов на заводе очень важно выявить все, даже очень маленькие дефекты, а также нестабильные участки, которые могут со временем перерасти в bad-блоки. Ведь если такое случится в процессе эксплуатации, пользователь может лишиться важного файла, да и репутация фирмы, выпустившей такой "недоделанный" накопитель, будет испорчена. Поэтому тестирование винчестеров перед скрытием дефектов занимает очень много времени, как минимум несколько часов, и выполняется в технологическом режиме. Это сделано для исключения временных задержек, неизбежно возникающих при работе транслятора, пересылке данных через кэш и интерфейсную логику. Поэтому на заводе поверхность сканируют только по физическим параметрам. Обычно этим занимается не внешняя программа, а специальный модуль в ПЗУ жесткого диска, работающий без участия интерфейса. Конечным результатом такого тестирование становится получение дефект-листа - электронного списка негодных областей дискового пространства. Он заносится в служебную зону винта и храниться там на протяжении всего срока эксплуатации.
Современные винчестеры имеют два основных дефект-листа: один заполняется на заводе при изготовлении накопителя и называется P-list (-первичный), а второй называется G-list (от слова - растущий), и пополняется в процессе эксплуатации винта, при появлении новых дефектов. Кроме того, некоторые винты, имеют еще и лист серво-дефектов (сервометки, наносимые на пластины винчестеров, тоже иногда имеют ошибки), а многие современные модели содержат еще и список временных (pending) дефектов. В него контроллер заносит "подозрительные" с его точки зрения секторы, например те, что прочитались не с первого раза, или с ошибками.
Получив дефект-лист, приступают к скрытию дефектов. Существует несколько способов их скрытия, каждый из которых имеет свои особенности. Теоретически можно просто переназначить адреса испорченных секторов в резерв и брать их оттуда, но это вызовет потерю производительности винта, так как он, каждый раз обнаруживая сектор, помеченный как негодный, будет вынужден перемещать головки в резервную область, которая может находиться далеко от места дефекта. Если переназначенных секторов будет много - производительность накопителя очень сильно упадет, так как большую часть времени он будет затрачивать на бесполезное дёрганье головками. Более того, быстродействие винтов с разным количеством дефектов будет сильно различаться, что конечно же, при массовом производстве недопустимо. Такой метод скрытия дефектов получил название "метод замещения" или ремап (от англ. перестройка карты секторов).
Из-за многочисленных недостатков, присущих ремапу, при промышленном изготовлении винтов такой метод никогда не применяют, а используют другой алгоритм: после выявления всех дефектов, адреса всех исправных секторов переписываются заново, так, чтобы их номера шли по порядку. Плохие сектора просто игнорируются и в дальнейшей работе не участвуют. Резервная область также остается непрерывной и ее часть присоединяется к концу рабочей области - для выравнивания объема. Такой способ скрытия бэдов сложнее в реализации, чем ремап, но результат стоит затраченных на него усилий - при любом количестве неисправных секторов, замедления работы накопителя не происходит. Этот, второй основной тип скрытия дефектов получил название "метод пропуска сектора". (Существуют и другие алгоритмы заводского скрытия дефектов, например, путем исключения целой дорожки, или при помощи запасного сектора на каждой дорожке, но они имеют недостатки и поэтому в современных накопителях практически не используются).
Процесс пересчета адресов с пропуском дефектов получил название "внутреннее форматирование". Внутреннее - потому, что весь процесс происходит полностью внутри жесткого диска, по физическим адресам и без участия интерфейса. В это время винт находится под управлением встроенной в его ПЗУ микропрограммы, которая анализирует дефект-лист и управляет форматированием. Внешними командами прервать ее нельзя. По окончании форматирования микропрограмма автоматически пересчитывает транслятор (или создает его заново), и винт становится готов к употреблению. После этого он, без единого бэд-блока, поступает с завода к покупателю.
Новые технологии
Теперь понятно, почему фирменные утилиты не делают никаких операций, связанных с прямым доступом к служебной области. Ведь скрытие дефектов форматированием - это практически полный ремонтный цикл, основанный на внешних параметрах и связанный с четким пониманием каждого шага. И достаточно сделать что-то неправильно, чтобы угробить накопитель. Приведем простой пример: пользователь решил сделать "настоящее" низкоуровневое форматирование путем запуска подпрограммы ПЗУ в технологическом режиме. Процесс обычно длится 10-60 минут, но тут случается перебой с питанием или банальное зависание - и винт остается без транслятора, так как. просто не успевает его заново создать. Это означает, что к дальнейшей работе такой девайс будет непригоден - его просто не увидит ни ОС, ни BIOS.
Страшно даже представить, сколько накопителей может быть убито таким образом, из простого любопытства или по ошибке. Особенно, если эти утилиты попадут в руки чайников, запускающих на своих компьютерах все подряд. Конечно, диск портится не безвозвратно, и повторным запуском форматирования можно вернуть его к жизни. Но мышление у большинства пользователей устроено так, что столкнувшись с проблемами (не определяющийся в BIOS труп вместо винта), многие впадают в панику, обвиняя во всем производителей. А им лишние проблемы, естественно не нужны - гораздо важнее заставить винчестер отработать гарантийный срок. Поэтому несколько лет назад в накопители стали закладывать возможность самостоятельно "ремонтировать" сбойные участки - делать ремап. Как было сказано раньше, ремап не нашел применения при заводской подготовке накопителей, но оказался очень удачным решением для скрытия дефектов в бытовых условиях.
Преимущества ремапа перед внутренним форматированием - отсутствие перевода винта в технологический режим, быстрота проведения и безопасность для накопителя. Кроме того, во многих случаях ремап можно делать без удаления файловой системы, и без связанного с этим уничтожения данных. Эта технология получила название automatic defect reassignment (автоматическое переназначение дефектов), а сам процесс - reassign. Таким образом remap и reassign - это по большому счету одно и тоже, хотя термин reassign обычно применяют к отдельному сектору, а remap - ко всему диску.
Работает ремап следующим образом: если при попытке обращения к сектору происходит ошибка, "умный" контроллер понимает, что данный сектор неисправен, и "на лету" помечает его как BAD. Его адрес тут же заносится в таблицу дефектов (G-list). У многих винтов это происходит настолько быстро, что пользователь даже не замечает обнаружение дефекта и его скрытие. Во время работы накопитель постоянно сравнивает текущие адреса секторов с адресами из таблицы и не обращается к дефектным секторам. Вместо этого он переводит головки в резервную область и читает сектор оттуда. К сожалению, из-за времени, затрачиваемого на дальнее позиционирование, такие секторы будут выглядеть, как небольшие провалы на графике чтения. Тоже самое будет и при записи.
Если ошибка возникает во время обычной работы ОС, автоматический ремап происходит крайне редко. Это связано с тем, что, на большинстве HDD, reassign срабатывает только при записи. А многие ОС перед записью проверяет сектор на целостность, и обнаруживая ошибку, отказывается в него писать. Поэтому, в большинстве случаев для производства ремапа винт надо об этом "попросить" - произвести принудительную низкоуровневую перезапись сектора в обход стандартных функций ОС и BIOS. Это делается программой, способной обращаться к винчестеру напрямую через порты IDE-контроллера. Если во время такой записи возникнет ошибка, контроллер автоматически заменит этот сектор из резерва, и BAD исчезнет.
На этом принципе основана работа большинства утилит так называемого "низкоуровневого форматирования" от производителей. Все они, при желании, могут использоваться для винтов других фирм (если такие программы отказываются работать с чужими накопителями, то это сделано по маркетинговым соображениям). И конечно же, функции ремапа присутствуют во многих универсальных и бесплатных программках, особенности использования которых мы рассмотрим чуть позже. А пока - еще немного теории.
Наиболее распространенным мифом среди пользователей является утверждение, что для каждого винта нужна своя, "особая" программа скрытия дефектов, а также то, что ремап - это низкоуровневое форматирование. На самом деле это не так. Ремап - это всего лишь разновидность записи информации стандартными средствами, и в большинстве случаев любые утилиты для ремапа могут применяться к любым винтам. Ремап делают не внешние программы, а контроллер жесткого диска. Только он принимает решение о переназначении дефектных секторов. Испортить накопитель "чужие" программы тоже не могут, так как технологические команды в них не используются, а в обычном режиме винт никогда не позволит сделать с собой ничего, кроме стандартных операций чтения-записи. Единственное различие между фирменными утилитами заключается в количестве попыток записи/чтения/верификации для разных винтов. Для того, чтобы контроллер "поверил", что в секторе имеется подлежащий скрытию BAD, некоторым винчестерам достаточно одного цикла, а другим - нескольких.
