S.M.A.R.T.-технологии

Аппаратные BAD-секторы. Возникают из-за неисправности механики или электроники накопителя. К таким неполадкам относятся: обрыв головок, смещение дисков или погнутый вал в результате удара, запыление гермозоны, а также различные ошибки в работе электроники. Ошибки такого типа обычно имеют катастрофический характер и не подлежат исправлению программным путем.

Логические дефекты

Эти ошибки возникают не из-за повреждения поверхности, а из-за нарушений логики работы сектора. Их можно разделить на исправимые и неисправимые. Логические дефекты имеют такие же внешние проявления, как и физические, и отличить их можно только косвенно, по результатам различных тестов.

Исправимые логические дефекты (софт-бэды): появляются, если контрольная сумма сектора не совпадает с контрольной суммой записанных в него данных. Например, из-за помех или отключения питания во время записи, когда диск уже записал в сектор данные, а контрольную сумму записать не успел. При последующем чтении такого "недописанного" сектора произойдет сбой: винчестер сначала прочитает поле данных, потом вычислит их контрольную сумму и сравнит полученное с записанным. Если они не совпадут, контроллер накопителя решит, что произошла ошибка и сделает несколько попыток перечитать сектор. Если и это не поможет (а оно не поможет, так как контрольная сумма заведомо неверна), то он, используя избыточность кода, попытается скорректировать ошибку, и если это не получится - диск выдаст ошибку внешнему устройству. Со стороны операционной системы это будет выглядеть как BAD. Некоторые жесткие диски имели повышенную склонность к образованию софт-бэдов из-за ошибок в микропрограмме - при определенных условиях контрольные суммы вычислялись неправильно; у других это происходило из-за дефектов механики.

Операционная система или BIOS не могут исправить логический дефект самостоятельно, так как прежде чем писать в сектор, они проверяют его на целостность, нарываются на ошибку и отказываются писать. При этом контроллер диска эту ошибку скорректировать тоже не может: он тщетно пытается прочитать этот сектор со второй, с третьей попытки, и когда это не получается - он всеми силами пытается себе помочь, на ходу подстраивая канал чтения и сервосистему. При этом и раздается душераздирающий скрежет. Этот скрип производят не "головки по поверхности", как многие привыкли думать, а всего лишь катушка позиционера, из-за специфической формы тока, протекающего через нее, и он абсолютно безопасен. Адрес непрочитанного сектора попадает во временный дефект-лист, изменяя значение атрибута Current Pending Sector в SMART, и сохраняется в нем. Ремапа при чтении не происходит. И только принудительная низкоуровневая перезапись этого сектора специальной программой в обход BIOS приводит к автоматическому перерасчету и перезаписи контрольной суммы, то есть BAD-блок бесследно исчезает. Переписать его можно дисковым редактором, способным работать с винчестером непосредственно через порты, но обычно "переписывают" весь диск, заполняя его секторы нулями. Утилиты, делающие это, свободно распространяются производителями накопителей, и часто неправильно называются "программами для низкоуровневого форматирования". На самом деле это - простые "обнулители", что нисколько не мешает им избавлять диск от бэдов: при удачной записи софт-бэды исчезают, а при неудачной - бэд считается физическим, и происходит авторемап.

Неисправимые логические ошибки. Это ошибки внутреннего формата винчестера, приводящие к такому же эффекту, как и дефекты поверхности. Возникают при разрушении заголовков секторов, например из-за действия на диск сильного магнитного поля. Но в отличие от физических дефектов, они поддаются исправлению программным путем. А неисправимыми они названы только потому, что для их исправления необходимо сделать "правильное" низкоуровневое форматирование, что обычным пользователям затруднительно из-за отсутствия специализированных утилит. Поэтому в быту такой сектор отключается так же, как и физический - с помощью ремапа. В настоящее время все большее количество винтов выпускается по технологии ID-less (сектора без заголовков), поэтому этот вид ошибок уже не так актуален.

"Адаптивные" бэды. Несмотря на то, что винчестеры является очень точными устройствами, при их массовом производстве неизбежно возникает разброс параметров механики, радиодеталей, магнитных покрытий и головок. Старым накопителям это не мешало, но у современных винтов с их огромной плотностью записи, малейшие отклонения в размерах деталей или в амплитудах сигналов, могут привести к ухудшению свойств изделия, появлению ошибок, вплоть до полной потери его работоспособности. Поэтому все современные накопители при изготовлении проходят индивидуальную настройку, в процессе которой подбираются такие параметры электрических сигналов, при которых устройству работается лучше. Эта настройка осуществляется программой ПЗУ при технологическом сканировании поверхности. При этом генерируются так называемые адаптивы - переменные, в которых содержится информация об особенностях конкретного гермоблока. Адаптивы сохраняются на «блинах» в служебной зоне, а иногда во флэш-памяти на плате контроллера. Если в процессе эксплуатации диска адаптивы окажутся разрушены (это может случиться в результате ошибок в самом винчестере, статического электричества или из-за некачественного питания), то последствия могут быть непредсказуемы: от банальной кучи бэдов до полной неработоспособности устройства, с отказом выходить на готовность по интерфейсу. "Адаптивные" бэды отличаются от обычных тем, что они "плавающие": сегодня они есть, а завтра могут исчезнуть и появиться совсем в другом месте. Ремапить такой диск бесполезно - дефекты-призраки будут появляться снова и снова. И при этом дисковая поверхность может быть в безупречном состоянии! Лечатся адаптивные бэды прогоном selfscan - внутренней программы тестирования, аналогичной той, что применяется на заводе при изготовлении винчестеров. При этом создаются новые адаптивы, и диск возвращается к нормальному состоянию. Это делается в условиях фирменных сервис-центров.

Намечающиеся дефекты

Это участки поверхности, на которых еще не сформировался явно выраженный дефект, но уже заметны проблемы со скоростью чтения. Это происходит от того, что сектор не читается контроллером с первого раза, и винчестер вынужден делать несколько оборотов диска, пытаясь прочитать его без ошибок. Если прочитать данные все-таки удается, то диск ничего не сообщит операционной системе, и ошибка останется незамеченной до тех пор, пока на этом месте не возникнет настоящий BAD-блок. Как правило, тут же выясняется, что именно на этом месте хранился очень важный файл, в единственном экземпляре, и спасти его уже нельзя. Поэтому диски нужно периодически тестировать. Это можно делать программой Scandisk или Norton Disk Doctor в режиме тестирования поверхности, но лучше - специальной утилитой, работающей независимо от файловой системы и умеющей выявлять намечающиеся BAD-секторы, замеряя время чтения каждого сектора.

1.8 Метод тестирования

Существует два способа запуска тестов S.M.A.R.T.: автономный (off-line) или монопольный (captive). Результат теста всегда сохраняется накопителем в данных S.M.A.R.T.

1. При автономном запуске накопитель сообщает о успешном завершении команды до ее фактического исполнения и только после этого выполняет тест. При этом, по интерфейсу флаг "занято" (busy) не выставляется и накопитель в любой момент готов приступить к выполнению очередной интерфейсной команды, приостанавливая работу теста. Фактически, тест выполняется в фоновом режиме.

При выполнении этой функции, накопитель выполняет полное сканирование поверхности путем чтения каждого сектора и замещением ненадежных секторов на запасные сектора из резервной области (spare area) для предотвращения потери пользовательских данных.

Примечание. Если во время выполнения сканирования накопитель получает команду по интерфейсу, то процесс сканирования прерывается и накопитель приступает к обработке поступившей команды. При этом гарантируется максимальное время реагирования на поступившую команду - до 2 секунд.

2. При запуске теста в монопольном режиме, по интерфейсу выставляется флаг "занято" (busy) и накопитель начинает непосредственное выполнение теста в режиме реального времени. Любая интерфейсная команда во время выполнения этого теста приведет к его прерыванию и остановке, после чего накопитель приступит к обработке поступившей команды.

Документировано существует три типа тестов самодиагностики: фоновый сбор данных (Off-line collection), сокращенный тест (Short Self-test), расширенный тест (Extended Self-test), однако еще существует набор так называемых "активных" тестов, функциональные особенности которых различны у разных производителей и для широкой публики не документированы. Сокращенный и расширенный тест способны выполняться как в фоновом, так и в монопольном режимах. Набор входящих в них тестов не стандартизирован.

Реальный набор выполняемых тестами функций можно рассмотреть на примере тестов, поддерживаемых жесткими дисками Hitachi:

Как работает SMART IV.

* SMART IV uses a 2 byte parity code to enable it to better detect if data is valid during transfers to and from the data buffer of the hard drive. If the parity data does not match after transferring through the cache RAM data buffer, then depending upon the command, the drive can do a background retry to get data again or report the error message to the host.

* During a disk read, a 2 byte parity code is generated after the data is transferred from the disk. After transfer from the data buffer to the drive interface, the parity data is checked (see Figure 1).

* During a disk write, a 2 byte parity code is generated and appended to the data going into the

data buffer. The parity code is checked before it goes into the data buffer and before it is written to the disk (see Figure 2).

* If an error is detected by the drive and the data cannot be retrieved or sent without failure, a

protocol is in place to notify the host operating system of the error. The host operating system can then decide to resend the command or notify the user that a data error may have occurred.

* If errors are detected, a SMART attribute called End-to-End Error Detection Count is updated. If the SMART threshold is crossed, an imminent failure error message is reported to the user either through Client Management Software that has been installed in the operating system or by the HP BIOS on the next reboot. Since all HP BIOS issue the SMART status command, no additional software is required.

1.9 Журналы ошибок (SMART error log)

В большинстве современных накопителей реализована функция журналирования появляющихся в течении работы накопителя ошибок или иных событий. В основном, накопители предоставляют информацию о пяти последних ошибках. При этом сохраняются последние 5 поступивших в накопитель команд, предшествующих возникновению этой ошибки, и другая необходимая информация. Накопитель может также поддерживать дополнительные журналы. Их структура, размер и назначение устанавливаются фирмой-производителем. При обновлении микропрограммы накопителя, все журналы накопителя очищаются, а общее количество ошибок устанавливается в значение 0.

Примечание: в журналах сохраняется время по внутренним часам накопителя, т.е. либо общее отработанное время на данный момент, либо время от момента последнего включения накопителя.

Log Directory

Тип: Каталог журналов S.M.A.R.T.

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддержка мультисекторных журналов

Данный журнал представляет собой своего рода каталог, в котором указаны адреса всех поддерживаемых журналов S.M.A.R.T. и их размер в секторах. Максимальное количество журналов - 255.

Summary Error Log

Тип: Суммарный журнал ошибок

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддерживается только 28-битная адресация секторов (28-bit LBA)

Данный журнал содержит информацию об общем количестве ошибок, зафиксированных накопителем с момента первого включения (или обновления микропрограммы) и подробные записи о последних 5 ошибках. Для каждой из 5 зафиксированных ошибок сохраняются последние 5 поступивших в накопитель команд. В этом журнале сохраняются все ошибки UNC, IDNF, ошибки сервосистемы, записи/чтения и т.д. При этом, для каждой команды сохраняется значения всех регистров, время и текущее состояние накопителя на момент подачи самой команды. Ошибки, вызванные подачей неподдерживаемых команд или командами с ошибочными параментами не фиксируются в журнале. Если накопитель поддерживает Comprehensive Error Log, то журнал Summary Error Log дублирует последние пять записей из журнала Comprehensive Error Log.

Comprehensive Error Log

Тип: Комплексный журнал ошибок [SMART Error Logging]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1..51 сектор (максимум 26,112 байт)

Примечание: поддерживается только 28-битная адресация секторов (28-bit LBA)

Данный журнал содержит подробную информацию о общем количестве ошибок, зафиксированных накопителем с момента первого включения (или обновления микропрограммы) и подробные записи о последних ошибках. Максимальное количество сохраняемых ошибок - 255. Для каждой зафиксированной ошибки сохраняются последние 5 поступивших в накопитель команд. В этом журнале сохраняются все ошибки UNC, IDNF, ошибки сервосистемы, записи/чтения и т.д. При этом, для каждой команды сохраняется значения всех регистров, время и текущее состояние накопителя на момент подачи самой команды. Ошибки, вызванные подачей неподдерживаемых команд или командами с ошибочными параментами не фиксируются в журнале.

Extended Comprehensive Error Log

Тип: Расширенный комплексный журнал ошибок [SMART Error Logging]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1..65,536 секторов (максимум 32 Мбайт)

Примечание: поддерживается 28/48-битная адресация секторов

Назначение данного журнала аналогично журналу Comprehensive Error Log и содержит в себе копию его записей, однако этот журнал имеет иную структуру, которая позволяет реализовать поддержку как 28-битной, так и 48-битной адресации секторов. Максимальное количество сохраняемых ошибок - 327,680.

Self-test Log

Тип: Журнал результатов самоконтроля [SMART self-test]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддерживается только 28-битная адресация секторов (28-bit LBA)

Данный журнал содержит информацию о результатах выполнения команд внутренней самодиагностики накопителя. Журнал может хранить до 21 записи. При превышении этого количества, журнал начинает заполняться заново, перезаписывая 1-ю запись 22-й, 2-ю - 23-ей и так далее. В каждой записи журнала сохраняется регистр с номером теста, код статуса выполнения теста, время на момент запуска/прерывания теста, номер текущей контрольной точки (или точки останова) теста, а также LBA-адрес сектора, на котором произошло прерывание/отмена теста.

Extended Self-test Log

Тип: Расширенный журнал результатов самоконтроля [SMART self-test]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1..65,536 секторов (максимум 32 Мбайт)

Примечание: поддерживается 28/48-битная адресация секторов

Назначение данного журнала аналогично журналу Self-test Log и содержит в себе копию его записей, однако этот журнал имеет иную структуру, которая позволяет реализовать поддержку как 28-битной, так и 48-битной адресации секторов. Максимальное количество записей - 1,179,648.

Streaming Performance Log

Тип: Журнал параметров производительности потоков [Streaming]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1..65,536 секторов (максимум 32 Мбайт)

Данный журнал содержит информацию о переданных накопителю параметров командами управления режимом Automatic Acoustic Management и Typical Host Interface Sector Time (подробнее - см. ATA/ATAPI-6 rev 1e). В журнале сохраняется набор параметров, по которым производится настройка накопителя и перевод в его в режим, когда все операции чтения/записи возможны только специальными командами и передача данных происходит в виде непрерывного потока, для которого гарантированны и учитываются все временные интервалы (на обработку команды, чтение и передачу данных; минимальные/максимальные задержки, время доступа, позиционирования и т.п.). Подробнее о назначении данного вида журналов можно узнать из описания технологии Audio/Video (AV) Streaming Feature.

Write Stream Error Log

Тип: Журнал ошибок потоковой записи [Streaming]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддерживается 48-битная адресация секторов

Данный журнал содержит информацию о возникших ошибках записи в период работы накопителя в потоковом режиме (streaming mode). В этом журнале сохраняется общее количество подобных ошибок, номер последней ошибки, предыдущее и текущее значения регистров состояния и ошибки, количество и LBA-номер сектора, на котором данная ошибка была зафиксирована. После чтения данного журнала, накопитель сбрасывает счетчик общего количества ошибок и очищает журнал. Содержимое журнала сохраняется только во время работы и очищается в момент следующего включения/выключения накопителя или при поступлении сигнала аппаратного сброса (hardware reset). Максимальное количество сохраняемых ошибок - 31.

Read Stream Error Log

Тип: Журнал ошибок потокового чтения [Streaming]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддерживается 48-битная адресация секторов

Данный журнал содержит информацию о возникших ошибках чтения в период работы накопителя в потоковом режиме (streaming mode). В этом журнале сохраняется общее количество подобных ошибок, номер последней ошибки, предыдущее и текущее значения регистров состояния и ошибки; количество и LBA-номер сектора, на котором данная ошибка была зафиксирована. После чтения данного журнала, накопитель сбрасывает счетчик общего количества ошибок и очищает журнал. Содержимое журнала сохраняется только во время работы и очищается в момент следующего включения/выключения накопителя или при поступлении сигнала аппаратного сброса (hardware reset). Максимальное количество сохраняемых ошибок - 31.

Delayed LBA Sector Log

Тип: Vendor Specified [General Purpose Logging]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: устанавливается производителем (VS)

Примечание: поддерживается 48-битная адресация секторов

Данный журнал содержит LBA-адреса всех секторов, которые были перемещены со своего нормального физического расположения, а также адреса границ недоступной последовательности секторов. Таким образом ведется журнал всех дефектных или нестабильных секторов. Максимальный размер журнала устанавливается производителем. Новое физическое расположение, метод и время доступа к замещенным секторам также устанавливается производителем и не документируется. Запись в данный журнал может быть добавлена в любой момент времени, при условии активности (питания) самого накопителя. Для процесса обновления журнала устанавливается наивысший приоритет и выполнение всех других команд приостанавливается. При этом удалить существующую запись из журнала не возможно. Содержимое журнала сохраняется при циклах включения/выключения накопителя и при поступлении сигнала аппаратного сброса (hardware reset).

ECC Uncorrectable Sector Log

Тип: Журнал неисправимых ошибок ECC [SMART Recovering]

Вид доступа: только чтение (RO)

Размер: 1 сектор (512 байт)

Примечание: поддерживается только 28-битная адресация секторов (28-bit LBA)

Данный журнал содержит список LBA-адресов секторов, на которых была зафиксирована и проигнорирована некорректируемая ошибка ECC при выполнении операции READ CONTINUOUS (см. AV feature). При этом, выполнение процедуры автоматического переназначения сбойного сектора (ADR - Automatic Defects Reassigment) накопителем заблокировано. Журнал может содержать до 126 записей.

Примечание. Данный журнал доступен для чтения только при разрешенной операции READ CONTINUOUS. В противном случае накопитель возвратит код ошибки ERR->ABRT, прервет выполнение команды или возвратит пустой журнал. После успешного чтения журнала, в самом накопителе он будет очищен.

Host Vendor Specific Log

Тип: Пользовательские журналы

Вид доступа: чтение/запись (R/W)

Размер: максимум 31 журнал по 16 секторов (253,952 байт)

Примечание: содержание и формат журнала - любое, на усмотрение пользователя

Этот вид журнала может быть использован для хранения произвольных пользовательских данных. Для записи этого журнала используется команда WRITE SMART LOG. Если данный журнал ни разу не был записан, то при чтении накопитель возвратит пустой журнал, заполненный нулями.

Device Vendor Specific Log

Тип: Технические журналы изготовителя

Вид доступа: не определен, на усмотрение производителя (VS)

Размер: максимум 31 журнал по 16 секторов (253,952 байт)

Примечание: содержание, формат и размеры журнала - на усмотрение производителя

Этот вид журнала предназначен для внутреннего использования фирменными утилитами производителя, для хранения результатов работы встроенных подпрограмм анализа и диагностики состояния накопителя и т.п. Возможность чтения/записи этого вида журнала устанавливается производителем и не документируется.

Примечание. Новые накопители Seagate (модели Ux и Barracuda ATA) поддерживают и даже реально используют еще три вида журналов SMART, однако их назначение и описание пока не известны

2. Реализация функций S.M.A.R.T.

Для полной реализации функций S.M.A.R.T. необходимо специализированное программное обеспечение, которое может быть различным в том плане, что оно может, как поддерживаться графическим интерфейсом Windows, так и нет, следовательно запускаться только под DOS.

Программы, отображающие состояние SMART-атрибутов, работают по следующему алгоритму:

1. Проверяют наличие поддержки технологии SMART накопителем.

2. Подают в накопитель команду запроса SMART-таблиц.

3. Получают таблицы в буфер приложения.

4. Разбирают табличные структуры, извлекая из них номера атрибутов и их числовые значения.

5. Сопоставляют стандартизированные номера атрибутов их названиям (иногда -- в зависимости от типа, модели или фирмы-изготовителя HDD, как, например, в программе Victoria).

6. Выводят числовые значения в удобном для восприятия виде (тут каждый программист может делать по-своему, например, конвертировать HEX-значения в десятичные).

7. Извлекают из таблиц флаги атрибутов (признаки, характеризующие назначение атрибута в рамках конкретной firmware накопителя, например, «жизненно важный» или «счётчик»).

8. На основании всех таблиц, значений и флагов выводят общее состояние устройства.

Программы, запускаемые в Windows, имеют достаточно простой и понятный интерфейс, они отображают насколько работоспособным является жесткие диск. Работоспособность вычисляется путем анализа который проводит используемая программа, она показывает температуру жесткого диска, все его технические параметры и.т.д. Пользователь может анализировать эти данные и делать выводы. Но когда здоровье жесткого диска резко уменьшается или какой-то из его параметров подходит к пороговому значению программа предупреждает пользователя о том, что его жесткий диск скоро придет в негодность. Следовательно, для того чтобы поломка жесткого диска не стала неожиданностью нужно обязательно использовать программное обеспечение такого типа.

Программы, запускаемые под DOS, напрямую обращаются к контроллеру жесткого диска, получают и интерпретируют соответствующие данные и при необходимости оповещают пользователя или сетевого администратора.

Размещено на Allbest.ru