Аппаратные причины и виды потерь информации.

Подробности
Категория: Полезные советы
Создано: 31.03.2014 15:32

Аппаратные проблемы

К аппаратным проблемам отнесем все случаи, когда не удается получить доступ к диску через его штатный интерфейс (SATA, IDE, SCSI, USB). Один из вариантов — физическое повреждение носителя информации. Другая причина — неисправность компонентов, связывающих носитель с интерфейсом: контроллеров, их микропрограмм, а также двигателей, схем питания и т.п.

Физические повреждения носителей

Самая грустная и серьезная ситуация — повреждение на физическом уровне самого носителя информации (пластин винчестера, микросхем флеш-памяти, рабочего слоя оптического диска). Правда, не всякое повреждение носителя является фатальным. Здесь мы опять должны вернуться к относительности границы между «физикой» и «логикой».

Если проблема затронула области (секторы, ячейки), в которых непосредственно находятся пользовательские данные, эти данные потеряны безвозвратно. Как правило, уникальная пользовательская информация занимает большую часть любого диска. Соответственно, появление дефектов в такой части наиболее вероятно.

Если же дефектный участок пришелся на какие-либо служебные области диска либо структуры его разметки, вся информация на диске станет недоступна. Пример — исчезновение или повреждение таблицы разделов или записей файловой системы. В этом случае обратиться к файлам стандартными средствами Windows невозможно. Тем не менее, с помощью специальных программ обычно удается прочитать диск как последовательность секторов, а затем из этой последовательности «выловить» файлы, ориентируясь на характерные маркеры в их начале.

В действительности все не так однозначно. Во-первых, вскоре мы увидим, что служебные области винчестеров обширны. Они содержат адаптивы, таблицы трансляции и другую информацию, без которой собрать последовательность секторов с данными проблематично. Современные флеш-диски тоже содержат сложные таблицы трансляции, которые описывают соответствие между логическими секторами и расположением ячеек памяти.

Во-вторых, при наличии физических ошибок (дефектов поверхности или поврежденных ячеек памяти) многие накопители вызывают сбой системы сразу же при подключении или при попытке обратиться к нечитаемым участкам. Одно из решений проблемы — чтение не штатными средствами ОС, а специализированными программами. Сначала считывается образ диска, ошибки при этом игнорируются, а затем работа ведется уже с образом. В наиболее серьезных случаях помогает чтение данных через служебный интерфейс или с помощью специальных контроллеров, работающих в составе аппаратно-программных комплексов. Они, в отличие от стандартных, позволяют «проскакивать» дефектные участки либо перезапускать диск и продолжать чтение со следующего исправного сектора.

Причины и механизмы повреждений разнообразны. Многие из них мы уже упомянули, обсуждая проблемы надежности носителей. На первом месте стоят естественное старение и износ — «бессмертных» устройств не существует.

Жесткие диски страдают от ударов, вибрации, перегрева. Уязвимыми местами являются поверхность пластин и головки. Даже кратковременное касание поверхности головкой обычно вызывает повреждение и той, и другой. Далее процесс идет по нарастающей: деформированная головка (в это время она уже неработоспособна) продолжает задевать поверхность пластины, разрушая магнитный слой. Возникает кольцевидный «запил» поверхности.

По гермоблоку разлетаются частички магнитного слоя. Часть из них оседает на стенках и фильтре, но некоторые попадают под другие головки, царапая их и пластины. Вскоре дефекты возникают и на остальных пластинах, а головки выходят из строя.

В таких случаях замена блока головок часто позволяет считать данные с неповрежденных дорожек. Однако при нарушении поверхности пластин и новые головки долго не продержатся. Возможно, их хватит только на несколько минут работы!

Во флеш-накопителях может произойти деградация отдельных ячеек памяти или их групп. Электрический пробой, например статическим электричеством, иногда выводит из строя микросхему флеш-памяти целиком.

На лазерных дисках повреждение рабочего слоя бывает видно невооруженным глазом — царапины и отслоение покрытия обычно хорошо заметны. Дефекты на нижней поверхности диска сюда не относятся. Они лишь мешают нормальному считыванию — ведь от отражающего слоя с данными их отделяет почти миллиметр поликарбоната! Если удается ликвидировать такие царапины, мы вновь получим доступ к информации на лазерном диске.

Невозможность считывания данных

Другая группа проблем связана с нарушением передачи данных с носителя в его интерфейс. Здесь надежд на извлечение информации значительно больше. Данные остались, нужно только получить к ним доступ. В сущности, требуются ремонт устройства или замена неисправных узлов.

В жестких дисках начнем изнутри гермоблока. Заклинивание шпинделя — достаточно распространенный случай. Обычно это связано с хроническим перегревом диска. «Клин» может быть и следствием конструктивных недоработок. Например, для некоторых серий винчестеров Hitachi такая проблема возникает после нескольких лет эксплуатации и хорошо известна.

Частая неисправность — износ подшипника и появление люфта шпинделя. Изза вибрации и биения пластин, возникающих при вращении шпинделя, страдает точность позиционирования головок над дорожками. В пределе головке вообще не удается «поймать» дорожку и удерживаться над ней.

Повреждение блока магнитных головок (БМГ) — еще одна причина недоступности содержимого диска или общей его неработоспособности. Головки иногда страдают при ударе о парковочную стойку, если произошел сбой системы позиционирования. Касание головкой поверхности пластины тоже в первую очередь повреждает головку — она попросту стачивается. Самый очевидный сценарий повреждения головок — удар по работающему винчестеру.

Залипание головок происходит, если почему-то не сработал механизм парковки в момент остановки диска. Вариант — головки были запаркованы, как положено, но из-за резкой встряски БМГ вышел из этого положения, и головки оказались в рабочей области пластин. Прилипшие к поверхностям «блинов» головки не дают раскрутиться шпинделю. Для устранения проблемы нужно вскрыть гермоблок, освободить головки и перевести их обратно в зону парковки. На практике залипание головок часто сопровождается и их повреждением. Тогда придется заменить БМГ.

Неисправности электроники — не менее распространенное явление. Причины банальны: броски напряжения, неправильное подключение, перегрев, а также заводской брак и старение деталей. На плате электроники расположены почти все компоненты: микропроцессор, ПЗУ (часто флеш-память встроена в микросхему процессора), оперативная память винчестера, контроллеры управления двигателем и катушкой позиционера, схемы преобразования данных и сопряжения с внешним интерфейсом. Из всей электроники внутри гермоблока находится только предусилитель БМГ. Аварии электронных схем часто бывают комплексными — один из сгоревших компонентов «утягивает» за собой и ряд других.

Простую мысль о том, что при неисправности процессора, контроллеров и других компонентов легко взять на замену плату электроники со сходной модели, навеяли винчестеры минимум десятилетней давности. Несколько лет назад автор переставил плату с уже тогда немолодого 10гигабайтного винчестера WD на гермоблок 20гигабайтного диска той же фирмы, и получившаяся «химера» емкостью 20 Гбайт прекрасно работает до сих пор!

На самом деле, с современными дисками такая операция проходит гладко лишь в редких случаях. Даже при точном совпадении моделей «донора» и «реципиента» успех вовсе не гарантирован.

Во флеш-памяти (ППЗУ) хранится микропрограмма, алгоритмы которой меняются от версии к версии, а новые версии прошивок выходят довольно часто. Нередко там же находятся и адаптивы, другие служебные данные. Они записываются в процессе заводского тестирования и уникальны для каждого конкретного экземпляра винчестера. Возможно, стоит попытаться перепаять флеш-память с «родной» на замененную плату, но и это не всегда становится решением проблемы. В этом отношении рациональным выходом может быть элементный ремонт сгоревшей платы, например, замена деталей в цепях питания, и даже контроллеров привода шпинделя или позиционера.

Что бы ни говорилось об «устройствах для считывания данных непосредственно с пластин винчестера», пока их никто не видел! Будем считать это фантастикой. На сегодняшний день единственным реальным способом прочитать хоть что-то с поверхности «блинов» является использование штатных БМГ и платы электроники.

Максимум, что можно сделать сверх предусмотренного изготовителями винчестеров — читать данные не через штатный, а через сервисный интерфейс. Он бывает выведен на контактные площадки платы или же, как в винчестерах Seagate, на некоторые из штырьков блока джамперов. При этом удается получить содержимое служебных областей, полностью скрытых от чтения обычными методами. Однако скорость передачи данных через сервисный порт очень мала, и считывание всего диска может длиться сутками и даже неделями.

С полупроводниковыми дисками USB чуть проще. Их архитектура позволяет, принципе, считать содержимое отдельно взятой микросхемы флеш-памяти на программаторе. Основная сложность в том, что делать с полученными данными дальше.

В полупроводниковых накопителях известным источником проблем являются цепи питания и контроллер интерфейса. Они первыми принимают на себя электрический удар, и могут попросту выгореть. Нельзя сбрасывать со счетов и механические повреждения разъема или дорожек печатной платы. Флеш-диски USB часто страдают от неаккуратного обращения, и в числе неисправностей на первое место выходит нарушение контактов.

Таким образом, при аппаратных проблемах очевидное решение — диагностика и ремонт накопителя различными способами. Важно все время помнить, что цель такого ремонта — вовсе не вернуть полностью исправное состояние дисковода, а только получить доступ к данным. «Ремонт ради извлечения данных» обязательно неразрушающий, он полностью исключает какую-либо перезапись блоков с данными, да и со служебной информацией должен обращаться предельно бережно!

Интерпретация физических секторов

Возвращение диска после ремонта в почти первоначальное состояние — идеальный случай. На практике вполне может оказаться, что доступ к содержимому блоков получен, но должный их порядок неизвестен.

Процедура перевода «сырой» последовательности секторов в вид, пригодный для дальнейшего анализа, неизбежна при утрате оригинальных таблиц трансляции. При этом нужно учесть подмену bad-секторов секторами из резервной области и другие отклонения от ожидаемой последовательности блоков. Первая же ошибка в определении смещения сделает всю дальнейшую последовательность бессмыслицей.

В современных флеш-дисках, как правило, применяется достаточно сложная трансляция адресов. Производители, которых очень много, разрабатывают ее каждый на свое усмотрение. Таблицы хранятся либо в отдельной области основной микросхемы памяти, либо в ячейках ППЗУ, конструктивно размещенного в микросхеме управления.

Если диск состоит из двух и более микросхем флеш-памяти, при записи обычно осуществляется чередование блоков между ними (что-то наподобие RAID 0). Поэтому сборка правильной последовательности блоков после считывания на программаторе становится первоочередной задачей.

Даже если удалось отремонтировать устройство либо «пересадить» флешпамять на идентичную плату с той же прошивкой, проблемы могут возникнуть с переназначенными блоками. Каждый из них «сбивает» ожидаемый порядок соответствия физических и логических (LBA) блоков.