¿Cuáles son los sectores defectuosos y cómo pueden solucionarlos? [Parte 1]

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Esta primera parte se ocupará de los aspectos de hardware del problema, mientras que la segunda cubrirá el software, incluido el sistema operativo, las herramientas del fabricante y las utilidades de terceros.

¿Qué son los sectores?

La terminología para los discos duros se originó con unidades mecánicas y nuestra discusión se beneficia de un poco de antecedentes históricos.

Disposición física

Un disco duro mecánico consta de uno o más platos de aluminio o vidrio y cerámica revestidos con un material magnético que contiene cobalto, a veces con platino y níquel. Cada lado tiene anillos concéntricos donde los datos se almacenarán llamados pistas . Una pila de pistas en todos los platos se llama cilindro . Finalmente, cada pista se divide en arcos llamados sectores .

Cada bandeja tiene dos lados con un cabezal de lectura / escritura asociado a un conjunto de pila de cabeza (HSA) que se mueve a través del disco a través de un mecanismo actuador. Cuando las bandejas giran, crea un "colchón" de aire que hace que las cabezas floten de 5 a 10 nanómetros de distancia de la bandeja, por lo que idealmente no hay contacto entre la superficie magnética de las bandejas y las cabezas de lectura / escritura. Las unidades anteriores pueden tener una altura de flotación de hasta 100 nanómetros. Para imaginar la escala, una hoja de papel tiene aproximadamente 75, 000 nanómetros de grosor.

Cada unidad tiene pistas restringidas del área del sistema que no son accesibles para el usuario. El controlador de unidad almacena información sobre la unidad en esta área, incluidas las listas de sectores defectuosos y los sectores de repuesto que se utilizan durante la reasignación. Algunas unidades también pueden tener sectores de repuesto ubicados al final de cada pista.

Direccionamiento

Cada sector en un disco es individualmente direccionable, lo que originalmente se hizo al referirse al cilindro, cabezal y sector (CHS) donde se almacenan los datos requeridos. Cuando se instaló un disco duro en la computadora, era necesario cambiar la configuración del BIOS. Descubrir su BIOS y aprender a aprovecharla al máximo. Descubrir su BIOS y aprender a sacarle el mayor provecho. ¿Qué diablos es el BIOS? ¿Es realmente tan importante saberlo? Pensamos eso y, afortunadamente, es bastante fácil. Déjanos presentarte. Lea más para saber la cantidad de cilindros, cabezales y sectores por pista en la unidad. Estas configuraciones se conocen colectivamente como la geometría del disco.

Más tarde, el controlador se movió de una tarjeta adicional adjunta a la placa base a la unidad en sí. Una de las cosas que esto permitió fue la traducción de una geometría lógica del disco a una geometría física diferente. Dos razones por las que esto se volvió importante es que proporcionaba una forma de evitar las limitaciones de direccionamiento de CHS y permitía la grabación de bits zonificados (ZBR).

Al observar el diagrama de disposición de la unidad, los sectores en el borde exterior de la unidad son más largos que los más cercanos al eje. Con una densidad de grabación constante, significa que hay espacio desperdiciado a lo largo del borde exterior de la unidad que no se utilizó para almacenar ningún dato. Con ZBR, los grupos de pistas tendrían el mismo diseño, con las zonas más cercanas al borde exterior que tienen más sectores por pista, por lo que hay menos espacio desperdiciado y más datos almacenados por bandeja, manteniendo la misma densidad de grabación.

Para que funcione con el diseño del BIOS en ese momento, el controlador de disco necesitaría traducir la geometría lógica de la unidad, tal como se ingresó en el BIOS, a la geometría física que el disco realmente estaba usando.

En los discos modernos de hoy en día, el direccionamiento se realiza mediante el direccionamiento lógico de bloques (LBA), que es solo un índice entero basado en cero que comienza en el primer cilindro, primer cabezal, primer sector y avanza sector por sector, cabeza a cabeza, cilindro por cilindro hasta el final de la unidad.

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Diseño del sector

Cada sector tiene un diseño específico también. Contiene un preámbulo, datos y un código de corrección de errores (ECC).

El preámbulo contiene información utilizada por el controlador de disco que incluye un espacio entre sectores, bits de sincronización y alineación de temporización, y una marca de dirección (el número de sector, ubicación y estado).

Los datos son los datos del usuario que se almacenan en el sector. Hasta hace poco, la mayoría de las unidades almacenaban 512 bytes de datos por sector. Desde 2010, la mayoría de las unidades son discos 4K de formato avanzado (AF) que utilizan tamaños de sectores de 4096 bytes. Algunos sistemas operativos como Windows Vista y 7 requieren controladores especiales y herramientas actualizadas aplicadas como revisión a través de Windows Update para poder tratar estas unidades como dispositivos de arranque. Esta revisión es parte del Service Pack 1 para Windows 7 y muchas unidades AF vienen con controladores para permitir su uso en Windows XP.

El ECC es un código derivado matemáticamente basado en los datos almacenados en el sector que utiliza el controlador de disco para detectar si hay un problema con los datos y permite reconstruir los datos originales. El número de bits que se pueden corregir está limitado en función del algoritmo específico utilizado para generar el ECC, que varía según el fabricante e incluso puede diferir entre los discos fabricados por la misma empresa.

¿Cuáles son los sectores malos?

Un sector malo es uno que no puede leerse o escribirse de manera confiable. Hay dos razones por las que esto puede suceder. El primero es daño físico al medio de grabación u otros tipos de problemas que resultan en errores de lectura incorregibles que pueden ser el resultado de defectos de fabricación, desgaste magnético, la celda de memoria flash de un SSD puede haberse desgastado, o las cabezas de lectura / escritura hechas contacto con el plato que daña el recubrimiento magnético.

Está garantizado que todas las unidades se enviarán con sectores defectuosos. Los veteranos pueden recordar los días de ingreso a los sectores defectuosos que el fabricante había incluido en el disco en la herramienta de formato de bajo nivel antes de poder particionar y formatear el disco con las herramientas nativas del sistema operativo.

El formateo de bajo nivel y el consiguiente marcado de sectores malos o marginales ahora se realiza en la fábrica al final del proceso de producción, por lo que el usuario ya no tiene que preocuparse por ello. Las ubicaciones de estos sectores se mantienen en la primera de dos listas de sectores defectuosos en el disco: la lista P o la lista de defectos principales. La electrónica del disco duro automáticamente ignora los sectores en esta lista y no ralentiza el acceso a la unidad.

Con el tiempo, otros sectores pueden comenzar a mostrar problemas. Esto puede deberse a una caída de la cabeza, desgaste magnético y otros problemas. Este segundo tipo de error comúnmente se denomina error flexible ya que, al menos en sus etapas iniciales, los errores se pueden corregir con los mecanismos CRC y ECC.

Una vez que los errores en estos sectores se vuelven incorregibles o demasiado inestables, se agregan a la lista G o lista de defectos crecidos. Estos se reasignarán automáticamente a los sectores de repuesto en el disco. Si la unidad tiene sectores de repuesto en la misma pista, se usarán primero antes de reasignar a un sector en una pista diferente. Acceder a los sectores reasignados ralentiza la unidad y la velocidad continúa disminuyendo a medida que crece la G-LIST.

¿Cómo se marcan los sectores como "malos"?

Para ayudar a evitar la pérdida de datos, el controlador del disco duro busca problemas durante su funcionamiento normal. De hecho, el controlador de disco hará gran parte del trabajo detrás de escena y nunca permitirá que su sistema operativo sepa que algo malo sucedió.

¿Recuerda el código de corrección de errores ubicado en cada sector? Cuando el variador lee los datos del sector, vuelve a calcular el ECC y lo compara con el ECC almacenado en el sector. Si no coinciden, intentará usar el ECC para reconstruir los datos corruptos. ¿Qué es la corrupción de datos y cómo prevenirlo? ¿Qué es corrupción de datos y cómo prevenirlo? La corrupción de datos es más común de lo que podría pensar, y podría que te suceda cuando menos lo esperes ¡Siga estos consejos antes de que sea demasiado tarde! Lee mas . Si la cantidad de error es pequeña y se puede corregir, simplemente entrega los datos corregidos e incrementa el contador 195 de la Tecnología de autocontrol, análisis e informe (SMART) (Corrección ECC de hardware). Si no puede corregir el error, incrementará el contador SMART 198 (recuento de sectores no correctos sin conexión) y el contador 197 (recuento actual del sector pendiente) hasta que se intente escribir en ese sector.

Los sectores defectuosos no se reasignan hasta que se intenta escribir en el sector para preservar la posibilidad de recuperación de datos. ¿Qué es la recuperación de datos y cómo funciona? ¿Qué es la recuperación de datos y cómo funciona? Si alguna vez ha experimentado una gran pérdida de datos, probablemente se haya preguntado sobre la recuperación de datos, ¿cómo funciona? Lea más a través de otros métodos. Una vez que se intenta una operación de escritura en un sector defectuoso, el controlador asignará un nuevo sector vacío del conjunto de repuesto para reemplazar el sector defectuoso, el indicador de defecto se actualizará para indicar que el sector ha sido reasignado y se actualiza la G-LIST. Cualquier dato en el sector original puede perderse si falla un intento final de lectura de los datos. Esta es la razón por la cual cualquier intento de recuperación avanzada debe realizarse antes de escribir a un sector sospechoso.

Avanzando

Ahora que hemos echado un vistazo dentro del disco para ver qué sucede detrás de la cortina, usted tiene suficientes antecedentes para comprender mejor cómo funcionará el sistema operativo y otro software.

En la segunda parte, veremos las herramientas proporcionadas por el sistema operativo, los fabricantes de discos duros y los terceros que puede utilizar para ayudar a diagnosticar y tratar los sectores defectuosos. También veremos herramientas utilizadas para monitorear el estado general de la unidad. Con el uso juicioso de estas herramientas, verá fácilmente si los sectores defectuosos presagian una falla inminente de la unidad o si es más probable que le queden muchos años con sus datos preferidos.

Crédito de la imagen: Diagrama AF (CC por 3.0) por Dougolsen, Disco duro (CC por 2.0) por William Warby