关于硬盘修复的几个基本概念

losyli

在研究硬盘修复和使用专业软件修复硬盘的过程中，必将涉及到一些基本的概念。在这里，根据研究和实践经验，试图总结并解释一些与“硬盘缺陷”相关的概念，与众位读者交流。   　　Bad sector (坏扇区)
　　在硬盘中无法被正常访问或不能被正确读写的扇区都称为Bad sector。一个扇区能存储512Bytes的数据，如果在某个扇区中有任何一个字节不能被正确读写，则这个扇区为Bad sector。除了存储512Bytes外，每个扇区还有数十个Bytes信息，包括标识(ID)、校验值和其它信息。这些信息任何一个字节出错都会导致该扇区变“Bad”。例如，在低级格式化的过程中每个扇区都分配有一个编号，写在ID中。如果ID部分 出错就会导致这个扇区无法被访问到，则这个扇区属于Bad sector。有一些Bad sector能够通过低级格式化重写这些信息来纠正。
　　Bad cluster (坏簇)
　　在用户对硬盘分区并进行高级格式化后，每个区都会建立文件分配表(File Allocation Table, FAT)。FAT中记录有该区内所有cluster(簇)的使用情况和相互的链接关系。如果在高级格式化(或工具软件的扫描)过程中发现某个cluster使用的扇区包括有坏扇区，则在FAT中记录该cluster为Bad cluster，并在以后存放文件时不再使用该cluster,以避免数据丢失。有时病毒或恶意软件也可能在FAT中将无坏扇区的正常cluster标记为Bad cluster, 导致正常cluster不能被使用。 这里需要强调的是，每个cluster包括若干个扇区，只要其中存在一个坏扇区，则整个cluster中的其余扇区都一起不再被使用.
　　Defect (缺陷)
　　在硬盘内部中所有存在缺陷的部分都被称为Defect。 如果某个磁头状态不好，则这个磁头为Defect head。 如果盘面上某个Track(磁道)不ww.jointchia.com能被正常访问，则这Track为Defect Track. 如果某个扇区不能被正常访问或不能正确记录数据，则该扇区也称为Defect Sector. 可以认为Bad sector 等同于 Defect sector. 从总的来说，某个硬盘只要有一部分存在缺陷，就称这个硬盘为Defect hard disk.
　　P-list (永久缺陷表)
　　现在的硬盘密度越来越高，单张盘片上存储的数据量超过40Gbytes. 硬盘厂家在生产盘片过程极其精密，但也极难做到100%的完美，硬盘盘面上或多或少存在一些缺陷。厂家在硬盘出厂前把所有的硬盘都进行低级格式化，在低级格式化过程中将自动找出所有defect track和defect sector，记录在P-list中。并且在对所有磁道和扇区的编号过程中，将skip(跳过)这些缺陷部分，让用户永远不能用到它们。这样，用户在分区、格式化、检查刚购买的新硬盘时，很难发现有问题。一般的硬盘都在P-list中记录有一定数量的defect, 少则数百，多则数以万计。如果是SCSI硬盘的话可以找到多种通用软件查看到P-list，因为各种牌子的SCSI硬盘使用兼容的SCSI指令集。而不同牌子不同型号的IDE硬盘，使用各自不同的指令集，想查看其P-list要用针对性的专业软件。
　　G-list (增长缺陷表)
　　用户在使用硬盘过程中，有可能会发现一些新的defect sector。 按“三包”规定，只要出现一个defect sector，商家就应该为用户换或修。现在大容量的硬盘出现一个defect sector概率实在很大，这样的话硬盘商家就要为售后服务忙碌不已了。于是，硬盘厂商设计了一个自动修复机制，叫做Automatic Reallcation。有大多数型号的硬盘都有这样的功能:在对硬盘的读写过程中，如果发现一个defect sector，则自动分配一个备用扇区替换该扇区，并将该扇区及其替换情况记录在G-list中。这样一来，少量的defect sector对用户的使用没有太大的影响。
　　也有一些硬盘自动修复机制的激发条件要严格一些，需要用某些软件来判断defect sector,并通过某个端口(据说是50h)调用自动修复机制。比如常用的Lformat, ADM，DM中的Zero fill，Norton中的Wipeinfo和校正工具，西数工具包中的wddiag, IBM的DFT中的Erase等。这些工具之所以能在运行过后消除了一些“坏道”，很重要的原因就在这Automatic Reallcation(当然还有其它原因)，而不能简单地概括这些“坏道”是什么“逻辑坏道”或“假坏道”。 如果哪位被误导中毒太深的读者不相信这个事实，等他找到能查看G-list的专业工具后就知道，这些工具运行过后，G-list将会增加多少记录!“逻辑坏道”或“假坏道”有必要记录在G-list中并用其它扇区替换么?
　　当然，G-list的记录不会无限制，所有的硬盘都会限定在一定数量范围内。如火球系列限度是500，美钻二代的限度是636，西数BB的限度是508，等等。超过限度，Automatic Reallcation就不能再起作用。这就是为何少量的“坏道”可以通过上述工具修复(有人就概括为:“逻辑坏道”可以修复)，而坏道多了不能通过这些工具修复(又有人概括为:“物理坏道”不可以修复)。
　　Bad track (坏道)
　　这个概念源于十多年前小容量硬盘(100M以下)，当时的硬盘在外壳上都贴有一张小表格，上面列出该硬盘中有缺陷的磁道位置(新硬盘也有)。在对这个硬盘进行低级格式化时(如用ADM或DM 5.0等工具,或主板中的低格工具)，需要填入这些Bad track的位置, 以便在低格过程中跳过这些磁道。现在的大容量硬盘在结构上与那些小容量硬盘相差极大，这个概念用在大容量硬盘上有点牵强。
　　读者们还可能发现国内很多刊物和网上文章中还有这么几个概念:物理坏道，逻辑坏道，真坏道，假坏道，硬坏道，软坏道等。高朋在国外的硬盘技术资料中没有找到对应的英文概念，也许是中国人自己概括的吧?既然有那么多的人能接受这些概念，也许某些专家能作 出一些的合理解释。 高朋不习惯使用这些概念，不想对它们作牵强的解释，读者们看看是谁说的就去问谁吧。


　　深入了解硬盘参数
　　正常情况下，硬盘在接通电源之后，都要进行“初始化”过程(也可以称为“自检”)。这时，会发出一阵子自检声音，这些声音长短和规律视不同牌子硬盘而各不一样，但同型号的正常硬盘的自检声音是一样的。 有经验的人都知道，这些自检声音是由于硬盘内部的磁头寻道及归位动作而发出的。为什么硬盘刚通电就需要执行这么多动作呢?简单地说，是硬盘在读取的记录在盘片中的初始化参数。
　　一般熟悉硬盘的人都知道，硬盘有一系列基本参数，包括:牌子、型号、容量、柱面数、磁头数、每磁道扇区数、系列号、缓存大小、转速、S.M.A.R.T值等。其中一部分参数就写在硬盘的标签上，有些则要通过软件才能测出来。但是，高朋告诉你，这些参数 仅仅是初始化参数的一小部分，盘片中记录的初始化参数有数十甚至数百个!硬盘的CPU在通电后自动寻找BIOS中的启动程序，然后根据启动程序的要求，依次在盘片中指定的位置读取相应的参数。如果某一项重要参数找不到或出错，启动程序无法完成启动过程，硬 盘就进入保护模式。在保护模式下，用户可能看不到硬盘的型号与容量等参数，或者无法进入任何读写操作。近来有些系列的硬盘就是这个原因而出现类似的通病，如:FUJITSU MPG系列自检声正常却不认盘，MAXTOR美钻系列认不出正确型号及自检后停转，WD BB EB系列能正常认盘却拒绝读写操作等。
　　不同牌子不同型号的硬盘有不同的初始化参数集，以较熟悉的Fujitsu硬盘为例，高朋简要地讲解其中一部分参数，以便读者理解内部初始化参数的原理。
　　通过专用的程序控制硬盘的CPU，根据BIOS程序的需要，依次读出初始化参数集，按模块分别存放为69个不同的文件，文件名也与BIOS程序中调用到的参数名称一致。其中部分参数模块的简要说明如下:
　　DM硬盘内部的基本管理程序
　　- PL永久缺陷表
　　- TS缺陷磁道表
　　- HS实际物理磁头数及排列顺序
　　- SM最高级加密状态及密码
　　- SU用户级加密状态及密码
　　- CI 硬件信息，包括所用的CPU型号，BIOS版本，磁头种类，磁盘碟片种类等
　　- FI生产厂家信息
　　- WE写错误记录表
　　- RE读错误记录表
　　- SI容量设定，指定允许用户使用的最大容量(MAX LBA)，转换为外部逻辑磁头数(一般为16)和逻辑每磁道扇区数(一般为63)
　　- ZP区域分配信息，将每面盘片划分为十五个区域，各个区域上分配的不同的扇区数量，从而计算出最大的物理容量。
　　这些参数一般存放在普通用户访问不到的位置,有些是在物理零磁道以前,可以认为是在负磁道的位置。可能每个参数占用一个模块，也可能几个参数占用同一模块。模块大小不一样，有些模块才一个字节，有些则达到64K字节。这些参数并不是连续存放的，而是各 有各的固定位置。
　　读出内部初始化参数表后，就可以分析出每个模块是否处于正常状态。当然，也可以修正这些参数，重新写回盘片中指定的位置。这样，就可以把一些因为参数错乱而无法正常使用的硬盘“修复”回正常状态。
　　如果读者有兴趣进一步研究，不妨将硬盘电路板上的ROM芯片取下，用写码机读出其中的BIOS程序，可以在程序段中找到以上所列出的参数名称。
　　硬盘修复之低级格式化
　　熟悉硬盘的人都知道，在必要的时候需要对硬盘做“低级格式化”(下面简称“低格”)。进行低格所使用的工具也有多种:有用厂家专用设备做的低格，有用厂家提供的软件工具做的低格，有用DM工具做的低格，有用主板BIOS中的工具做的低格，有用Debu g工具做的低格，还有用专业软件做低格……
　　不同的工具所做的低格对硬盘的作用各不一样。有些人觉得低格可以修复一部分硬盘，有些人则觉得低格十分危险，会严重损害硬盘。高朋用过多种低格工具，认为低格是修复硬盘的一个有效手段。下面总结一些关于低格的看法，与广大网友交流。
　　大家关心的一个问题:“低格过程到底对硬盘进行了什么操作?”实践表明低格过程有可能进行下列几项工作，不同的硬盘的低格过程相差很大，不同的软件的低格过程也相差很大。
　　A. 对扇区清零和重写校验值
　　低格过程中将每个扇区的所有字节全部置零，并将每个扇区的校验值也写回初始值，这样可以将部分缺陷纠正过来。譬如，由于扇区数据与该扇区的校验值不对应，通常就被报告为校验错误(ECC Error)。如果并非由于磁介质损伤，清零后就很有可能将扇区数据与该扇区的校验值重新对应起来，而达到“修复”该扇区的功效。这是每种低格工具和每种硬盘的低格过程最基本的操作内容，同时这也是为什么通过低格能“修复大量坏道”的基本原因。另外，DM 中的Zero Fill(清零)操作与IBM DFT工具中的Erase操作，也有同样的功效。
　　B. 对扇区的标识信息重写
　　在多年以前使用的老式硬盘(如采用ST506接口的硬盘)，需要在低格过程中重写每个扇区的标识(ID)信息和某些保留磁道的其他一些信息，当时低格工具都必须有这样的功能。但现在的硬盘结构已经大不一样，如果再使用多年前的工具来做低格会导致许多令 人痛苦的意外。难怪经常有人在痛苦地高呼:“危险!切勿低格硬盘!我的硬盘已经毁于低格!”
　　C. 对扇区进行读写检查，并尝试替换缺陷扇区
　　有些低格工具会对每个扇区进行读写检查，如果发现在读过程或写过程出错，就认为该扇区为缺陷扇区。然后，调用通用的自动替换扇区(Automatic reallocation sector)指令，尝试对该扇区进行替换，也可以达到“修复”的功效。
　　D. 对所有物理扇区进行重新编号
　　编号的依据是P-list中的记录及区段分配参数(该参数决定各个磁道划分的扇区数)，经过编号后，每个扇区都分配到一个特定的标识信息(ID)。编号时，会自动跳过P-list中所记录的缺陷扇区，使用户无法访问到那些缺陷扇区(用户不必在乎永远用不到的地方的好坏)。如果这个过程半途而废，有可能导致部分甚至所有扇区被报告为标识不对(Sector ID not found, IDNF)。要特别注意的是，这个编号过程是根据真正的物理参数来进行的，如果某些低格工具按逻辑参数(以 16heads 63sector为最典型)来进行低格，是不可能进行这样的操作。
　　E. 写磁道伺服信息，对所有磁道进行重新编号
　　有些硬盘允许将每个磁道的伺服信息重写，并给磁道重新赋予一个编号。编号依据P-list或TS记录来跳过缺陷磁道(defect track),使用户无法访问(即永远不必使用)这些缺陷磁道。这个操作也是根据真正的物理参数来进行。
　　F. 写状态参数，并修改特定参数
　　有些硬盘会有一个状态参数，记录着低格过程是否正常结束，如果不是正常结束低格，会导致整个硬盘拒绝读写操作，这个参数以富士通IDE硬盘和希捷SCSI硬盘为典型。有些硬盘还可能根据低格过程的记录改写某些参数。



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