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恢复不能恢复的数据-不依赖硬盘的数据恢复 - 2.2数据在硬盘中的组织

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-12-11 00:58

• 2.2 数据在硬盘中的组织

当你按下保存键，将数据写到硬盘，你期望在将来可以正确的打开所保存的文件。衡量数据完整性（data integrity）的规范用语是不可恢复的读取出错率（unrecoverable read error rate）。通常每读取10^13到10^15位的数据就会有一位出错。硬盘的每一部分都会影响这一指标，包括逻辑物理数据传输系统，伺服定位系统，硬盘优化方法，数据检测算法，和数据解码等。

• 2.2.1 数据的组织

文件不管是文本，数据库，照片，歌曲，电影，网页，可执行程序，或者其他存储在硬盘上的扇区（vsector）中。扇区是硬盘上的一个物理位置，通常设计为存储512字节的数据。由于编码的开销和检测算法的需要（后面简要讨论），实际上一个扇区只能存储600字节的数据。

扇区通常使用柱面（cylinder）、磁头（head）、和扇区（sector）（CHS）来唯一的标识。磁头（head）表示扇区位于哪个面上。柱面（cylinder）表示扇区位于哪个磁道上。扇区（sector）表示数据位于磁道的哪个位置。

硬盘是如何知道你的文件在哪里的呢？硬盘当然不会知道。这是操作系统的任务。操作系统保存有你的文件在硬盘上的位置（逻辑块）的记录。为了方便，我们把逻辑块作为一个数据扇区（逻辑块可能由多个一系列的扇区组成）。操作系统要存取一个逻辑块，例如＃1,635,324。硬盘就会把逻辑块逻辑块的地址转换为物理块的地址（CHS），如柱面5，000，磁头1，扇区452。虽然有快速算法来完成这种转化，不过如果逻辑块对应的物理块含有缺陷（defect）时算法就复杂了。

故障处理程序会发现并映射缺陷（defect）扇区。当硬盘正在使用时也可以完成检测和重映射缺陷的工作。硬盘上有很多空闲的扇区和磁道用于替换缺陷扇区。这对于操作系统是透明的。硬盘接收到逻辑块地址后进行逻辑－物理 译码（logical-to-physical translation）。不同的硬盘实现译码的方法是不同的反映在硬盘的表面自测程序中。

硬盘会由于碰撞，不正确的操作活其他原因导致产生缺陷。缺陷被记录在缺陷表中（有时也称作P－表和G－表，分别代表primary表和grown表）。缺陷表通常存储在硬盘的最外面的磁道上。这些磁道通常称为系统区，维护磁道，固件区或负磁道等。不过，某些型号的硬盘把缺陷表存储在印刷电路板伤得非易失性存储器中。显然的，通常不同的硬盘的缺陷表是不同的。

直到上世纪80年代，硬盘的磁道通常有着相同数量的扇区。磁盘的外圈（称为OD，外半径）的磁道显然比内圈（ID，内半径）磁道要大。这意味着内圈磁道的线性数据密度（bpi）要大于外圈磁道。所有的磁道可存储的数据都少于它们所能存储的最大数据量。见下图所示。

要增大硬盘可以存储的数据量，将磁盘表面上连续的磁道划分为区（zones）。硬盘的每面有8到32（或更多）的区。从内圈（ID）到外圈（OD），以增长的频率将数据写到区中，以抵消由于磁盘半径的增大带来的线性密度的增长。每个区（zone）的bpi有稍微的不同。将硬盘划分为区（zone）有效的利用了硬盘的所有容量，不过也意味着需要在生产中需要对每一个硬盘的每一面都要进行唯一的优化设置。下图中显示了外圈（OD）zone的bpi的示意图。

用户的文件可能存储在许多扇区中。这些扇区也许分布在不同区（zone）的不同磁道上，甚至是不同的面上。逻辑块也可能映射到不同的物理扇区上（受缺陷的分布的影响）。

磁道的宽度少于10微英寸。硬盘必须在几毫秒之内找到目标磁道，并反复的随机的定位于相隔几微英寸的磁道。更有趣的是，这样的产品的销售价格要少于100美元。伺服定位系统使用反馈控制算法来进行快速寻址和精确定位。