1. Немного истории

Bad-секторы (от англ. - плохой, негодный) есть на любых винчестерах. Как бы тщательно не были изготовлены их диски, на каждом из них найдется несколько мест, запись или чтение которых сопровождается ошибками. Кроме того, встречаются и просто глючные участки поверхности, которые могут со временем перерасти в дефекты, что для пользователя недопустимо. Поэтому каждый накопитель после изготовления на заводе, проходит тщательное тестирование, в процессе которого выявляются испорченные секторы. Они помечаются как негодные и заносятся в специальную таблицу - дефект-лист.

Самые первые винты имели дефект-лист в виде бумажной наклейки, в которую на заводе вписывали адреса нестабильных участков. Эти устройства, представляющие собой слегка измененную копию обычного флоппи-дисковода, могли работать только под своими физическими параметрами: число дорожек, секторов и головок, указанное в их паспорте, точно совпадало с их реальным количеством. Приобретая такой девайс, пользователь читал наклейку и сам заносил адреса убитых участков в FAT. После этого операционная система переставала замечать эти дефекты, точно так же, как она не замечает бэд-блоки на дискетах, если они были убраны scandisk'ом. Вероятно, в те далекие времена и появился термин "бэд-блок": блоком называли кластер - минимальную единицу логического дискового пространства. На физическом уровне кластер состоит из нескольких секторов, и при повреждении одного сектора ОС объявляет негодным весь кластер. Никаких других методов скрытия дефектов в то время не существовало. А когда появились способы скрывать отдельные секторы, люди не стали выдумывать новые понятия, и до сих пор успешно продолжают пользоваться словом "блок".

Прошло совсем немного времени, прежде чем изготовители додумались до очень интересной вещи: если пользователь все равно помечает bad-блоки, как ненужные, рассудили они, то почему бы не пометить их прямо на заводе? Но как это сделать, если на винте нет никакой файловой системы, и неизвестно, какая будет? Вот тогда и придумали хитрую штуку, называемую "транслятор": на блины стали записывать специальную таблицу, в которой отмечалось, какие секторы следует спрятать от пользователя, а какие - оставить ему. Транслятор стал своеобразным промежуточным звеном, соединяющим физическую систему "диски-головки" с интерфейсом накопителя. Предполагалось, что при включении винт сначала прочитает свои внутренние таблицы, скрывая отмеченные в них адреса дефектов, а уже затем допустит к себе BIOS, ОС и прикладные программы. А чтобы пользователь случайно не затер транслятор во время работы, он был помещен в специальную область диска, недоступную обычным программам. Только контроллер винта мог получить доступ к ней. Это событие произвело настоящий переворот в винчестеростроении, и ознаменовало появление нового поколения накопителей - со служебной зоной. Для того, чтобы все винты одной модели, но с разным количеством дефектов, имели одинаковую емкость, на каждом из них стали оставлять запасные дорожки - резерв, специально предусмотренный для выравнивания емкости однотипных накопителей до стандартной заявленной величины. Его стали располагать в конце диска, возле его центра, и он тоже был недоступен пользователю. Такие винчестеры при выходе с завода не имели не одного видимого bad-сектора. Если в процессе эксплуатации появлялись новые дефекты, пользователь мог сделать низкоуровневое форматирование универсальной утилитой из BIOS материнской платы, и попытаться их скрыть. Иногда, как и на дискетах, это удавалось. Но если "нечисть" была физической, то это не помогало: добавить новые дефекты в таблицу и переписать транслятор без специальных программ было невозможно. Поэтому bad-блоки на многих старых винтах (до 1995 года), приходилось скрывать все тем же, устаревшим способом - через FAT. И лишь фирмы Seagate, Maxtor и Western Digital выпустили утилиты для скрытия дефектов с замещением их из резерва (они и по сей день валяются на некоторых ftp и называются sgatfmt4.exe, mformat2.exe иwddiag.exe соответственно).

Прошло время, и винты еще больше изменились. Стремясь увеличить плотность записи, разработчики стали применять различные нестандартные ухищрения: на пластины стали наносить сервометки, предназначенные для более точного попадания головок на дорожки. Появилась технология зонно-секционной записи (ZBR), смысл которой заключался в разном количестве секторов на внешних и внутренних дорожках. Изменился привод головок - вместо шагового двигателя стали применять позиционер в виде подвижной катушки. Да и сами головки и диски изменились настолько, что каждая фирма разработала свою структуру формата нижнего уровня, заточенную только под их технологии. Это сделало невозможным применение универсальных утилит низкоуровневого форматирования из-за того, что транслятор таких винтов научился скрывать физический формат накопителей, переводя его в виртуальный. Написанное на корпусе винта число цилиндров, секторов и головок, перестало соответствовать своим истинным значениям, и попытки отформатировать такой винт старыми утилитами, как правило, заканчивались неудачно: его контроллер отвергал стандартную ATA-команду 50h, или просто имитировал форматирование, заполняя винт нулями. Это было специально оставлено для совместимости со старыми программами. По этой же причине процедура Low-Level Format была исключена из BIOS современных материнских плат. А чтобы сделать таким винтам настоящее низкоуровневое форматирование, нужно было обойти транслятор, получив прямой доступ к физическим дорожкам и головкам. Для этого стали использовать технологическую утилиту, запускающую специальный микрокод, записанный в ПЗУ накопителя. Команда вызова этого микрокода - уникальна для каждой модели винта, и относится к технологическим командам, которые фирмой не разглашаются. Часто такое форматирование нельзя было сделать через стандартный IDE-интерфейс: многие модели винтов выпуска 90-х годов - Conner, Teac и др., а также все современные Seagate, требуют подключения отдельного разъема к терминалу через COM-порт. Что касается технологических утилит, то они никогда широко не распространялись и обычному пользователю были недоступны. Для широкого применения были написаны программы-дурилки, осуществляющие псевдо-форматирование через интерфейс: заполнение диска нулями для очистки его от информации. Это видно даже из названий этих утилит, которые можно найти на сайтах производителей хардов: wdclear, fjerase, zerofill и т.д. Естественно, никаких технологических команд в этих программах нет, и поэтому их можно применять к любым винчестерам. Такие утилиты часто оказываются полезны, помогая избавиться от некоторых видов BAD'ов, о чем мы поговорим чуть позже.

Почему же производители поступили так жестоко, лишив нас возможности делать правильное низкоуровневое форматирование, и скрывать дефекты самостоятельно? На этот вопрос до сих пор не существует единого мнения, но официальный ответ большинства фирм звучит примерно так: "это настолько сложная и опасная операция, что рядового пользователя до нее допускать нельзя, иначе многие винты будут попросту убиты. Поэтому низкоуровневое форматирование можно делать только на заводе, или в фирменном сервис-центре".

Попробуем разобраться, так ли это на самом деле. А заодно рассмотрим, что же такое настоящее низкоуровневое форматирование современных винчестеров, можно ли его делать самому, и что самое главное - нужно ли нам оно?

2. Подготовка винчестера на заводе

Перед скрытием bad'ов на заводе очень важно выявить все, даже очень маленькие дефекты, а также нестабильные участки, которые могут со временем перерасти в bad'ы. Ведь если такое случится в процессе эксплуатации, пользователь может лишиться важного файла, да и репутация фирмы, выпустившей такой "недоделанный" накопитель, будет испорчена. Поэтому тестирование винчестеров перед скрытием дефектов занимает очень много времени, как минимум несколько часов, и выполняется в технологическом режиме. Это сделано для исключения временных задержек, неизбежно возникающих при работе транслятора, пересылке данных через кэш и интерфейсную логику. Поэтому на заводе поверхность сканируют только пофизическим параметрам. Обычно этим занимается не внешняя программа, а специальный модуль в ПЗУ винта, работающий без участия интерфейса. Конечным результатом такого тестирование становится получение дефект-листа - электронного списка негодных областей дискового пространства. Он заносится в служебную зону винта и храниться там на протяжении всего срока эксплуатации накопителя.

Современные винчестеры имеют два основных дефект-листа: один заполняется на заводе при изготовлении накопителя и называется P-list (-первичный), а второй называется G-list (от слова - растущий), и пополняется в процессе эксплуатации винта, при появлении новых дефектов. Кроме того, некоторые винты (в частности - Quantum Fireball серий ST и TM), имеют еще и лист серво-дефектов (сервометки, наносимые на пластины винчестеров, тоже иногда имеют ошибки), а многие современные модели содержат еще и список временных (pending) дефектов. В него контроллер заносит "подозрительные" с его точки зрения секторы, например те, что прочитались не с первого раза, или с ошибками.

Получив дефект-лист, приступают к скрытию дефектов. Существует несколько способов их скрытия, каждый из которых имеет свои особенности. Теоретически можно просто переназначить адреса испорченных секторов в резерв и брать их оттуда, но это вызовет потерю производительности винта, так как он, каждый раз обнаруживая сектор, помеченный как негодный, будет вынужден перемещать головки в резервную область, которая может находиться далеко от места дефекта. Если переназначенных секторов будет много - производительность накопителя очень сильно упадет, так как большую часть времени он будет затрачивать на бесполезное дёрганье головками. Более того, быстродействие винтов с разным количеством дефектов будет сильно различаться, что конечно же, при массовом производстве недопустимо. Такой метод скрытия дефектов получил название "метод замещения" или ремап (от английского : перестройка карты секторов).

Из-за многочисленных недостатков, присущих ремапу, при промышленном изготовлении винтов такой метод никогда не применяют, а используют другой алгоритм: после выявления всех дефектов, адреса всех исправных секторов переписываются заново, так, чтобы их номера шли по порядку. Плохие сектора просто игнорируются и в дальнейшей работе не участвуют. Резервная область также остается непрерывной и ее часть присоединяется к концу рабочей области - для выравнивания объема. Такой способ скрытия бэдов сложнее в реализации, чем ремап, но результат стоит затраченных на него усилий - при любом количестве неисправных секторов, замедления работы накопителя не происходит. Этот, второй основной тип скрытия дефектов получил название "метод пропуска сектора". (Существуют и другие алгоритмы заводского скрытия дефектов, например путем исключения целой дорожки, или при помощи запасного сектора на каждой дорожке, но они имеют недостатки и поэтому в современных накопителях практически не используются).

Процесс пересчета адресов с пропуском дефектов получил название "внутреннее форматирование". Внутреннее - потому, что весь процесс происходит полностью внутри винта, по физическим адресам и без участия интерфейса. В это время винт находится под управлением встроенной в его ПЗУ микропрограммы, которая анализирует дефект-лист и управляет форматированием. Внешними командами прервать ее нельзя. По окончании форматирования микропрограмма автоматически пересчитывает транслятор (или создает его заново), и винт становится готов к употреблению. После этого он, без единого бэд-блока, поступает с завода к покупателю.

Sergei Kazanskij