3.1.2 Магнитно-резистивные головки

Принцип работы магнитно-резистивной (MR) головки при чтении дан­ных состоит в заметном изменении со­противления протекающему электри­ческому току при изменении напря­женности магнитного поля. Элемент чтения головки представляет собой сверхтонкую пленку из специального материала, который меняет сопротив­ление в зависимости от ориентации магнитных доменов на поверхности вращающегося диска. Ориентация до­менов определяется тем, какой бит (0 или 1) записан в данный элемент.

Канал чтения данных непрерывно пропускает ток через головку, и пото­му изменение сопротивления пленки мгновенно регистрируется. Данные поступают в специальный компаратор, который окончательно определяет, ка­кой бит был считан, и далее направля­ет сформированный сигнал нуля или единицы.

Сопротивление пленки, находящейся в магнитно-резистивной головке, име­ет определенную зависимость от тем­пературы нагрева. В нормальных усло­виях, при раскрученном до рабочих оборотов диске, воздушный поток при­поднимает головку над диском и она парит на расстоянии в несколько мик­рометров над гладкой поверхностью. Если же внутрь диска попадут частицы, сопоставимые по размерам с зазором между головкой и поверхностью, то они, проносясь с огромной скоростью, задевают парящую головку и мгновен­но разогревают ее за счет трения. Такой нагрев тут же резко повышает сопротив­ление пленки. Канал чтения не может верно интерпретировать изменение сопротивления и происходит сбой.

3.1.3 Надежность хранения данных

На первом месте в списке параметров жесткого диска несомненно стоит надежность. Большинство пользователей не занимаются ежедневным резерв­ным копированием данных, и потому поломка жесткого диска означает для них не просто приостановку работы, но и решение непростых проблем вос­становления информации. Иногда сто­имость таких работ превышает цену нового винчестера. Обычным показа­телем для дисков с интерфейсом IDE считается наработка на отказ 300000-500000 часов, с интерфейсом SCSI — До 1000000 часов. Этот параметр явля­ется чисто статистическим. Для конкретного экземпляра он означает, что за период в 1000 часов его работы веро­ятность выхода из строя составит 0,5% (при показателе наработки на отказ 200000 часов).

Для повышения надежности боль­шинство производителей применяют в жестких дисках различные вариации технологии S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology — тех­нология самотестирования и анализа). Обычно предусматривается автомати­ческая проверка целостности данных, состояния поверхности пластин, пере­нос информации с критических участ­ков на нормальные и другие операции без участия пользователя. В случае на­растания фатальных ошибок програм­ма своевременно выдаст сообщение о необходимости принятия срочных мер по спасению данных.

Основные положения S.M.A.R.T. были согласованы несколько лет назад с уча­стием всех крупных производителей дисков и компьютеров. Для анализа на­дежности жесткого диска используют­ся две группы параметров. Первая харак­теризует параметры естественного ста­рения жесткого диска:

• число циклов включения/выключе­ния диска;

• накопленное число оборотов дви­гателя за время работы;

• количество перемещений головок.

Вторая группа параметров характе­ризует текущее состоянии накопителя;

• высота головки над поверхностью диска;

• скорость обмена данными между дисками и буфером (кэш-памятью);

• количество переназначений пло­хих секторов (когда вместо испор­ченного сектора подставляется свободный исправный);

• количество ошибок поиска;

• количество операций перекалибровки;

• скорость поиска данных на диске.

Обычно вся информация записыва­ется на служебных дорожках, недо­ступных аппаратным и программным средствам общего применения.

Хотя спецификация S.M.A.R.T прошла уже три стадии развития, ее эффектив­ность ограничена фундаментальными принципами ранней диагностики, лишь информирующими пользователя о появившейся проблеме. Решение же самой проблемы в основном возлага­ется на пользователя.

Учитывая эти недостатки, компания Western Digital разработала и внедри­ла в своих новых моделях жестких дис­ков технологию Data Lifeguard — встро­енную систему ранней диагностики, изоляции поврежденных участков ра­бочей поверхности и переноса данных с них в специально выделенные резерв­ные области. Data Lifeguard производит ежедневную автоматическую профи­лактику рабочей поверхности, скани­руя, выделяя и восстанавливая сектора, потенциально подверженные потере данных.

Все сектора на жестком диске, доступ­ные операционной системе, сканиру­ются в те промежутки времени, когда диск не опрашивается системой (то есть находится в режиме «холостого хода»). Как правило, обращения к диску со стороны операционной системы занимают не более 10% рабочего вре­мени, поэтому оставшихся 90% вполне хватает для служебных надобностей. Сектора, требующие повторного обра­щения и восстановления, перезаписы­ваются. Если при повторном считыва­нии вновь фиксируется ослабление сигнала, данные переносятся в новый сектор, на неповрежденный участок поверхности.

В целом алгоритм работы Data Lifeguard таков. Проводится проверка проблемных секторов с использовани­ем механизма ЕСС (Error-Correction Code). Ведется и запись сведений о сек­торах, не подлежащих восстановле­нию. В процессе последовательной за­писи данных в подозрительные сектора производится проверка на чтение В момент обращения к диску процесс диагностики/восстановления приостанавливается. Процедура возобнов­ляется с переходом диска в холостой режим.

Общая производительность диско­вой системы при этом не только не па­дает, а даже повышается, поскольку операционная система не тратит время на проверку, а количество повторных обращений к сбойным и проблемным секторам резко уменьшается. Проце­дура Data Lifeguard стартует автомати­чески после каждых восьми часов рабо­ты, что в среднем соответствует днев­ной нагрузке накопителя. Если скани­рование поверхности прерывается ко­мандой операционной системы или отключением питания, процедура во­зобновляется с точки останова, после 15 минут работы под активной нагруз­кой и 15 секунд холостого хода. Управ­ление питанием и его отключение не сбрасывают внутренние счетчики Data Lifeguard, так что накопление инфор­мации продолжается при следующем включении.

Технология Data Lifeguard реализова­на в семействах дисков WD Caviar (ин­терфейс IDE), начиная с моделей АСЗ10100 и АСЗ13000, а также в семей­стве дисков WD Enterprise (интерфейс SCSI), начиная с модели WDE18300.