Все лекции по ИТ / Жесткий диск

Сколько стоит информация?

Иногда — ничего, включая в свою стоимость лишь расходы на приобретение HDD. Но часто — чрезвычайно много, превышая стоимость тысячи новых накопителей...

В мире механической техники тщательной проверке периодически подвергаются техническое состояние автотранспорта, промышленного и измерительного оборудования, средств вооружений — это норма

Нормой для всех, кому дорога информация – является тщательная диагностика жестких дисков.

Прежде чем перейти к тестированию HDD, стоит разобраться с теми тех­ническими характеристиками накопителей на жестких дисках, которые опре­деляются в процессе диагностики и которые оказывают наибольшее влияние на скорость современного жесткого диска. Необходимо выяснить и природу неисправностей и повреждений HDD, которые наиболее часто происходят в практике пользователей.

Основные характеристики жесткого диска.

Главный показатель работы любого жесткого диска — скорость, она характе­ризуется рядом основных параметров, которые также измеряются и рассчи­тываются большинством диагностических программ. Рассмотрим наиболее значимые из них по порядку.

Average Linear Read/Write Speed — средняя скорость линейного чтения/за­писи данных. При диагностике обычно приходится иметь дело со скоростью чтения, так как проверка при записи зачастую приводит к потере информа­ции на диске. Этот параметр является важнейшей характеристикой жесткого диска. Под линейностью подразумевается, что считываемые или записывае­мые данные следуют последовательно: сектор за сектором, дорожка за дорож­кой, а диск не фрагментирован. Также следует обращать внимание на усред­нение этого параметра. Реальная линейная скорость чтения/записи очень от­личается на разных участках диска. Это легко объяснить: линейная скорость движения внешней поверхности диска выше, чем внутренней, на внешней стороне длиннее дорожка, на ней помещается большее количество секторов. Поэтому и линейная скорость чтения/записи с внешних областей гораздо выше, чем с внутренних. Программа, измеряя этот параметр, усредняет скорость по всей поверхности жесткого диска. Измеряемая линейная скорость в Мбайт/с характеризует ре­альную производительность накопителя при работе с непрерывными данны­ми. Например, при записи большого файла на нефрагментированную по­верхность, при работе с потоковыми мультимедийными данными. Однако на практике жесткому диску чаще приходится иметь дело с раздельным расположением данных: отдельные небольшие файлы, фрагментированная запись, работа операционной системы в многозадачном режиме. В этом случае скорость уже не является линейной, она гораздо ниже, и на нее существенное влияние оказывает следующий параметр.

Average Seek Time — среднее время позиционирования головки на цилиндр (дорожку). Для того чтобы начать читать информацию, головка жесткого диска должна быть перемещена на нужный цилиндр, где она потом находит нужный сектор и начинает чтение. Нужные цилиндры могут быть расположены на разных участках диска, их порядок размещения хаотичен, поэтому поиск каждого из них занимает разное время. По окончании теста результат усредняется.

Average Access Time — среднее время доступа (чтения) случайного сектора на диске. Если выше речь шла о времени поиска нужной дорожки, то здесь учитывается и время прочтения на ней нужного сектора, поэтому эта характеристика более информативна и приближена к практической задаче.

Maximum Seek Time — максимальное время поиска, затрачиваемое при перемещении головок с нулевой на последнюю дорожку дискового накопителя.

Cache Read Speed — скорость чтения из кэша. У каждого накопителя на жестких дисках есть свой кэш-буфер, то есть на плате контроллера впаяна микросхема оперативной памяти. Считываемая головками информация с жесткого диска сначала попадает в кэш-память, а уже оттуда через контроллер материнской платы в системную память компьютера и используется дальше по назначению.

Дефекты жестких дисков

Поврежденные секторы (bad-блоки) — это секторы, с которых невозможно корректное чтение информации. Жесткий диск, у которого на поверхности появились подобные повреждения, является крайне ненадеж­ным устройством, требующим скорейшей замены. Все поврежденные секторы делятся на физические и програмные.

Физические bad-блоки — нечитаемые секторы, вызванные физическими дефектами накопителя. Причины могут быть разными: повреждение магнитной поверхности диска, из-за неисправности механики или электроники накопителя (например, из-за сильного старения и износа, удара и механических смещений внутри привода, проблемами с контроллер), повреждение системы сервометок,(На современных жестких дисках на каждой стороне дисков нанесены специальные сервометки, они образуют так называемый сервоформат, не относящийся к формату нижнего уровня накопителя. По сервометкам производится наведение и удержание головок на заданные треки. Если в процессе эксплуатации сервометка где-то нарушена, то головка не может найти и прочитать нужные секторы. При этом жесткий диск часто пытается скалиброваться и многократно повторяет заходы, что сопровождается характерным шумом и замедлением работы. К участкам с повреждениями такого рода доступ должен быть "блокирован, и исправить их в домашних условиях не представляется возможным.)

Логические bad-блоки (софт-беды) — в случае диагностики они имеют такие же проявления, как и аппаратные bad-блоки — отмечаются утилитами как нечитаемые секторы. Однако вызваны эти дефекты следующим: сектор на диске состоит из двух частей: полезной информации, которая может быть записана и считана ОС и отображена для пользователя, и служебной, которая недоступна ОС, но необходима для правильной работы накопителя. В некоторых случаях служебная информация сектора записывается некорректно и при чтении происходит ошибка. Чтение информации из сектора в таких случаях невозможно, дальнейшие операции на уровне ОС тоже невозможны, а значит сектор отмечается как нечитаемый.

От таких нечитаемых секторов можно избавиться. Это достигается путем очистки содержимого жесткого диска (erase) или при так называемом низкоуровневом форматировании.

Кроме явно поврежденных секторов, на жестких дисках может наблюдаться еще такой дефект, как трудночитаемые или медленночитаемые области. Их наличие скорее всего связано с нарушением сервосистемы позиционирова­ния накопителя и нарушением внутренней логики его работы. В трудночитаемых секторах скорость операций с данными падает до чрезвычайно низкого уровня, в процессе работы появляются нехарактерные звуки(стук), хотя при этом на накопителе диагностируется очень небольшое количество bad-блоков, или же их не видно вооб­ще.

С некоторым количеством поврежденных блоков вполне можно мириться. С трудночитаемыми так поступить сложнее, потому что они не ре­гистрируются как поврежденные, но при этом накопитель работает с сущест­венными провалами в скорости. Для диагностики следует воспользоваться тестовыми утилитами, отображающими процессы чтения в графическом виде. Провалы скорости будут хорошо видны на графиках. Помочь избавиться от таких участков могут некоторые утилиты, например, рассматриваемая ниже MHDD.

Система самодиагностики HDD — S.M.A.R.T.

Современный жесткий диск занимает исключительное положение в составе компьютера. Любой другой элемент ПК, ноутбука или сервера можено безболезненно заменить без существенного нарушения работоспособности и состояния системы. Выход со строя HDD влечет за собой потерю информации, необходимость переустановки ОС и всего программного обеспечения, что по своей значимости часто превосходит потерю самого жесткого диска как устройства.

Особенностью накопителя на жестких дисках является его неизбежный и планомерный механический износ, чего никак нельзя избежать.

Производителей жестких дисков проблема надежности интересует в первую очередь. Так как механического износа нельзя избежать, его необходимо контролировать. Наиболее совершенной системой автономной автоматической диагностики является— S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Alerting and Reporting Technology) — «Технология Самодиагностики, Анализа и Отчета». Система S.M.A.R.T. может отсле­живать состояние накопителя, формировать статистику о состоянии его па­раметров и сбоях в работе, и даже самостоятельно корректировать некото­рые отклонения.

S.M.A.R.T. — это микропрограмма, встроенная в контроллер HDD еще при его изготовлении на заводе, она работает всегда, пока работает жесткий диск. Суть S.M.A.R.T. заключается в постоянном контроле состояния нако­пителя, отслеживании механических и электрических параметров привода, сканировании поверхности жесткого диска и, no-возможности, самостоя­тельном исправлении некоторых возникающих в процессе износа дефектов. Тестирование проводится регулярно, но на общей производительности это не сказывается, так как оно происходит в промежутках, когда компьютер не загружен работой.

S.M.A.R.T. может отслеживать до 30 параметров HDD, регулярно занося и обновляя данные о них в энергонезависимой памяти накопителя или на не­используемых операционной системой секторах жесткого диска. В наиболее совершенных реализациях S.M.A.R.T. постоянно отслеживает те секторы, ко­торые потенциально могут стать плохими, информация с них заблаговремен­но переносится на резервные области диска — это так называемые переназна­ченные bad-секторы (remap). С помощью специальных утилит пользователь может просмотреть записи, сделанные S.M.A.R.T., и оценить состояние жест­кого диска. Также существуют программы, автоматизирующие процесс ин­формирования пользователя о нормальном или аварийном состоянии HDD согласно данным S.M.A.R.T.

Информация S.M.A.R.T. пре­доставляется пользователю в виде числовых атрибутов. С помо­щью анализа этих атрибутов можно определить предаварийное или даже уже аварийное состояние HDD и успеть вовремя спасти данные. Также эта ин­формация поможет при покупке компьютера или отдельно HDD, особенно, если предлагаемый жесткий диск уже был в эксплуатации. Состояние ряда ат­рибутов S.M.A.R.T покажет степень износа и наработку по времени прове­ряемого накопителя.

Единой спецификации на технологию S.M.A.R.T. на сегодняшний день не установлено, поэтому на разных моделях HDD производители сами могут оп­ределять количество и степень контролируемых параметров. Обычно контролируются 10... 15 наиболее значимых. Информация о подконтрольных пара­метрах записывается в виде атрибутов — чисел. Важно правильно понимать их значения.

Для каждого параметра определены граничные значения, падение ниже которого, означает износ выше допустимого уровня, хотя жесткий диск при этом может еще, на первый взгляд, нормально работать.

Не все атрибуты S.M.A.R.T. одинаково важны в плане надежности. Например, значение атрибута наработки часов значительно понизилось, это не означает, что диск пришел в негодность, а просто он отработал гарантированное число часов. О состоянии диска нужно судить по совокупности показателей.

Наиболее категоричным показателем состояния надёжности, обобщающих состояние других атрибутов является параметр SMART pre-failure/advisory, который может принимать лишь два значения- 1(если состояние чрезвычайно опасно) и 0 (если все показатели в норме, или незначительные опустились ниже уровня, но это не страшно).

В явном виде о повреждении диска свидетельствует падение значений из следующей группы атрибутов:

1.Reallocated Sectors Count — количество переназначенных секторов (remap, от remapping — перемещенный сектор). Это нестабильные секторы, которые были выявлены на поверхности жесткого диска, и данные с них были перемещены S.M.A.R.T. в резервную область. Они еще не являются BAD- блоками (bb), но большое их количество замедляет работу накопителя, так как головки должны уходить в сторону — на резервную область дисков. Внезапное появление большого количества «ремапов» может говорить проблемах HDD.

Жестких дисков, у которых «ремапов» нет вообще, в природе очень мало. Первые переназначенные секторы появляются еще на заводе, при изготовлении пластин — пластину трудно сделать идеальной. Это так называемые заводские «ремапы», они не считаются дефектом, их S.M.A.R.T. не учитывает. Адреса таких участков отмечаются в памяти HDD, в дальнейшем микропрограмма контроллера их не использует. Физическая емкость пластин дисков HDD всегда несколько больше от заявленного объема накопителя, там всегда та выделяется специальная резервная область (spare area), которая и используется для компенсации поврежденных при производстве или уже в процессе эксплуатации секторов.

2. Reallocation Event Count — общее количество операций переназначения. Учитываются все попытки переназначения в резервную область, в том числе и неуспешные.

3. Current Pending Sector Count — текущее количество нестабильных секторов.

Нестабильные секторы — это секторы, при работе с которыми отмечались проблемы, но они еще не были перенесены в резервную область. Если ошибки с секторами, помеченными как нестабильные, повторятся в дальнейшем, то они будут перемещены. Те секторы, при дальнейшей работе с которыми ошибок выявлено не было, исключаются из списка нестабильных.

4. Row Read Error Rate — частота появления ошибок при чтении данных с диска.

5. Seek Error Rate — частота появления ошибок позиционирования магнитных головок привода.

6. Spin Retry Count — количество повторов старта шпинделя диска, если первая попытка была неудачной. Проявляется это тем, что жесткий диск не может запустится с первого раза. Приходится выключать и включать компьютер.

7. Uncorrectable Sector Count — количество нескорректированных ошибок при чтении, записи секторов.

8. Write Error Rate-частота появления ошибок при записи данных.

О физической наработке привода можно узнать по следующим атрибутам:

9. Start/ Stop CountКоличество циклов запуска-останова шпинделя.

10. Power-On Hours — количество отработанных часов во включенном состоянии.

11. Device Power Cycle Count — количество полных циклов запуска/останова жесткого диска.

12. Power-Of Retract Count — количество повторов включения/выключения питания HDD.

Утилиты для контроля и диагностики S.M.A.R.T.

Сама по себе информация S.M.A.R.T. скрыта от пользователя, поэтому для отображения ее параметров требуется специализированное программное обеспечение. Специальные программы, обращаясь к контроллеру жесткого диска, могут читать SMART-данные. Часто подобные программы могут предоставлять и дополнительные возможности.

SMARTUDM

Начнем свое знакомство с этой очень простой программы, которая работает из-под DOS. В современных компьютерах запускать ее обычно приходится с загрузочной дискеты. Таким образом, утилитой всегда можно воспользовать­ся в том случае, если операционная система неработоспособна или даже не установлена.

SMARTUDM предназначена для вывода на экран атрибутов S.M.A.R.T. накопителей на жестких дисках. В текущей 2-й версии появилась возмож­ность выбора HDD из нескольких, установленных в системе.

Но особенно полезна SMARTUDM еще и тем, что вместе с ней идет отдельный текстовый файл, где на русском языке даны под­робные расшифровки большого количества атрибутов и их параметров.

В строках первого столбца идут подконтрольные S.M.A.R.T. атрибуты, их количество может су­щественно отличаться для разных накопителей. Следующим идет идентифи­катор ID: каждый атрибут имеет свой стандартный числовой идентификатор, с которым программа сопоставляет название контролируемого параметра. В столбце Threshold указаны граничные величины атрибутов, определенные производителем. В следующем столбце value выводятся текущие значения подконтрольных S.M.A.R.T. атрибутов, их состояние также отображается на полоске графического индикатора. Если атрибут в ячейке value опустится ниже значения Threshold, то это будет говорить о неудовлетворительном со­стоянии жесткого диска. Последней идет колонка Т.Е.С. prediction feature.

Если Т.Е.С. включена, то она постоянно, при каждом запуске програм­мы, запоминает и сравнивает величины атрибутов. Если какой-либо атрибут начинает понижаться, то Т.Е.С. по отдельным измерениям пытается рассчи­тать закономерность его изменения и предсказать время, когда этот атрибут опустится ниже своего граничного значения. На практике показания Т.Е.С. могут быть весьма противоречивы. При первом запуске программы показа­тели Т.Е.С. вообще не имеют никакого смысла, так как статистика еще не набрана и сопоставлять понижение атрибутов просто не с чем. Да и в даль­нейшем не стоит надеяться на предсказания программы о будущем состоя­нии HDD, так как ситуация с течением времени может очень сильно ме­няться. Функцией T.E.C.iprediction feature обладают и многие другие утили­ты контроля и мониторинга S.M.A.R.T., которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Active SMART

Эта утилита может держать под контролем состояние S.M.A.R.T., а также температуру накопителя, проверяя их через определенные промежутки вре­мени. Работает под Windows 95/98/NT/2000/XP. Поддерживается русский ин­терфейс.

При инсталляции программа ставит себя в автозагрузку, а затем через оп­ределенные промежутки времени контролирует параметры жесткого диска. Окно программы состоит из нескольких вкладок. Для начала стоит зайти во вкладку свойств и настроить интервалы периодичности контроля и задать граничную температуру для HDD. Здесь можно отключить автозагрузку программы. Если состояние S.M.A.R.T. ухудшится, или же накопитель перегреется, то программа выдаст предупреждение.

С помощью Active SMART также можно просмотреть текущее состояние атрибутов S.M.A.R.T. для всех установленных в системе накопителей. Здесь в таблице атрибутов присутствует также колонка Худ. (худший, worst). Дело в том, что некоторые атрибуты S.M.A.R.T. могут не только падать, но и повышаться, как правило, незначительно. В ячейках Worst всегда приводятся наихудшие замеченные за все время контроля значения атрибутов, хотя при этом текущее значение Value может быть заметно выше. Стрелочками может отображаться направление отклонения значений изменяющихся атрибутов. Таблицу атрибутов Active SMART можно отобразить в графическом виде, в виде линейных индикаторов, а также создать файл отчета, воспользовавшись кнопкой Отчет.

S.M.A.R.T. vision

Данную утилиту тоже можно использовать в качестве средства автоматиче­ской диагностики состояния S.M.A.R.T. для накопителей на жестких дисках. Интерфейс программы на русском языке, имеется подробное описание ее ра­боты. Программа определяет состояние жесткого диска при загрузке Win­dows, и если все нормально, то в трее появляется ее значок зеленого цвета. О неудовлетворительном состоянии, когда вышел за допустимые пределы один или несколько атрибутов второстепенного значения, предупредит зна­чок желтого цвета. Ну а если значок в трее будет красный, то здесь уже следует принимать серьезные меры, так как за предельный уровень вышли главные атрибуты S.M.A.R.T. Значения самих атрибутов могут выводиться в виде уп­рощенной графической гистограммы, где величины текущих и предельных значений отображаются лишь в виде полосок разного цвета, без указания их числовых значений.

DTemp

7