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冬天硬盘更受伤：硬盘在低温下的故障机制 - 四、低温环境下的硬盘故障机制

作者：香农青岛数据恢复中心 2010-01-04 15:40

硬盘对工作环境的温度要求一般是0 °C－60 °C之间（运转时）。但是我们发现，某些使用液态轴承的硬盘，例如Maxtor Diamond Plus 8和Maxtor Diamond Plus 9在环境温度低于15 °C是就会发生故障。在低温环境下，(香农青岛数据恢复中心)轴承中的液体需要一段时间的预热才能达到正常工作所需的粘度。因此，在硬盘启动时，盘片就会发生上下振动，导致读/写频繁出错，最终导致硬盘损坏。

硬盘运转时，磁头与磁盘的距离只有几十纳米，哪怕是极微小的振动，也会导致磁头与磁盘发生碰撞。

硬盘在加电后的初始化阶段，首先会读取固件区的固件数据——微代码和数据模块。固件区一般位于磁盘的外圈（OD），而正是在磁盘的外圈（OD），磁盘的振动幅度最大。如果此时磁头与磁盘发生碰撞，就会直接导致固件数据的损坏和丢失。我们观察到，无论是微代码模块还是数据模块，都有因为碰撞而损坏的现象——此种情况下，主机的BIOS不能检测到硬盘，有的甚至发出敲击声。

硬盘在完成初始化并报告准备就绪后，主机就会开始从硬盘上引导操作系统。我们发现在此阶段，硬盘会频繁的产生缺陷（如图八所示）。

图八：硬盘的起始LBA遭到了严重的损坏

图八为一个由于低温导致起始LBA区域遭到的损坏硬盘。，而这一区域通常是操作系统的引导区和系统文件夹所在的区域。这会造成操作系统引导失败，不过这并不是造成硬盘失败的直接原因。

实际上当硬盘在低温环境下启动，由于液态轴承中的酯油未达到工作所需的粘度，造成盘片微小的振动、磁头在进行读/写操作时出错并产生缺陷，硬盘的微代码（microcode）就会启动“缺陷调整”机制，将缺陷扇区写入到G-List中。但是此时硬盘仍然处于不稳定的工作状态，从而在执行写入G-表的操作过程中进一步导致G- 表损坏。我们发现无论是G-表的表头还是内容都会出现因此而损坏的情况。

图九：G-表的数据结构示意图

如果G-表损坏，硬盘在重新初始化时，就会停止将其载入从而进入失败状态。此时只有微代码启动，在计算机的BIOS中会将硬盘识别为错误的标识。

上述两种故障机制发生的概率是不相等的。首先，固件区的数据密度（每磁道只有不到300个扇区）只有用户区数据密度（每磁道有500到600个扇区）的一半。(香农青岛数据恢复中心)其次，固件区通常只包含不到10M字节的数据，从硬盘加电到初始化完成所用时间不超过10秒；另外，磁头进行读操作时发生故障的概率也小于写操作发生故障的概率。因此实践中，低温环境下硬盘表面产生缺陷和由于缺陷调整导致发生故障的概率远远高于硬盘初始化阶段由于磁头读取固件数据而造成固件区损坏的概率。