Bessere Wiederherstellung bei Laufwerken mit langen physikalischen Sektoren


5. Januar 2012

Ihr Datenrettungsprozess muss mit den besonderen Eigenschaften des Formats langer physikalischer Sektoren umgehen können, wenn Sie höhere Geschwindigkeiten bei der Erstellung eines Datenträgerabbildes erreichen, erheblich weniger Zeit für die Verarbeitung problematischer Bereiche aufwenden und das Risiko eines Laufwerksausfalls während des Abbildungsprozesses minimieren wollen.
Vor diesem Hintergrund haben wir den DeepSpar Disk Imager 4 mit einer Funktionalität zur Handhabung des Formats langer physikalischer Sektoren ausgestattet. Hier erklären wir, warum dies so wichtig ist.


Was ist das Format langer physikalischer Sektoren?

Die meisten Laufwerke hoher Kapazität nutzen heute das Format langer physikalischer Sektoren, was bedeutet, dass pro physikalischem Sektor (PBA: 1 KB oder 4 KB) mehrere logische Sektoren vorhanden sind (LBA: 512 Bytes). Zu diesem Thema finden Sie im Internet umfassende Informationen. Uns interessiert hier jedoch am meisten, welche Auswirkungen das Format langer physikalischer Sektoren auf die Datenrettungsprozesse hat.


Warum haben sich Festplattenhersteller für die Nutzung dieses Formats entschieden?

Der erste Grund ist, dass die meisten modernen Laufwerke eine 32-bit-CPU und/oder 32-bit-Firmware-Architektur nutzen und daher keine Kapazitäten über 2 TB unterstützen können (2^32-Sektoren-Limit). Der einfachste Weg, um diese Einschränkung zum umgehen, bestand in der Erhöhung der physikalischen Größe jedes Sektors von 512 Byte auf 1 KB oder 4 KB. Durch die Erweiterung des physikalischen Sektors auf 4 KB, sind die Festplattenhersteller nun in der Lage, Laufwerkskapazitäten von bis zu 16 TB zu unterstützen und trotzdem weiter die 32-bit-Architektur zu verwenden.

Der zweite Grund ist die Tatsache, dass Festplattenhersteller schon immer bestrebt waren, ein besseres Preis-pro-GB-Verhältnis zu erreichen. Da die Erhöhung der Dichte der Platten der Festplatte seit jeher ein recht komplexes Unterfangen darstellte, bestand die einfachere Lösung darin, möglichst wenig Plattenkapazität für die Metadaten aufzuwenden.

Das Format langer physikalischer Sektoren optimiert die Plattenkapazität in zweierlei Weise:

  • Es minimiert den in den Lücken zwischen dem Header und den Daten des Sektors vorhandenen Platz, da weniger Sektoren weniger Lücken bedeuten
  • Es reduziert die für ECC-Daten aufgewandte Byte-Menge. Durch die größere Länge der physikalischen Sektoren auf den Medien wird die Effizienz des ECC erhöht, da bei geringerer Medienbelegung eine bessere Fehlererkennung und -behebung möglich wird.


Hatten die Laufwerke mit langen physikalischen Sektoren Auswirkungen auf die Datenrettungsprozesse?

Auf der einen Seite beträgt die Schnittstellensektorgröße (also die logische Sektorgröße einer LBA) bei allen Laufwerken mit langen physikalischen Sektoren nach wie vor 512 Bytes, weshalb sämtliche zur Datenrettung eingesetzte Hardware und Software weiterhin die gleichen ATA-Befehle für den Zugriff auf das Laufwerk nutzen kann. Somit sind in Hinblick auf das ATA-Protokoll keine Änderungen erforderlich. Tatsächlich bieten solche Laufwerke nicht einmal Standard-ATA-Befehle für den direkten Zugriff auf physikalische Sektoren (PBA), weshalb Sie trotzdem über LBA (die 512-byte-Methode mit logischen Blöcken) mit dem Laufwerk kommunizieren müssen.

Auf der anderen Seite sollte der Abbildungsprozess die folgenden Aspekte berücksichtigen, da das Auslesen überwiegend in Blöcken erfolgt.

1. Das erste Byte der Datenübertragung sollte an dem ersten Byte eines physikalischen Sektors beginnen, und das letzte Byte der Datenübertragung sollte an dem letzten Byte eines physikalischen Sektors enden.

Diese Regel dient natürlich dazu, die Leistung zu steigern und höhere Geschwindigkeiten bei der Erstellung eines Datenträgerabbildes zu erreichen. Dieser Aspekt ist vor allem bei Laufwerken wichtig, die Beschränkungen des Lese-Zwischenspeichers aufweisen oder die bei deaktivierter Read Look-Ahead-Funktion abgebildet werden müssen.

Der Hauptgrund für diese Regel zur Blockausrichtung ist jedoch, dass ein unnötiger Zugriff auf physikalische Sektoren vermieden werden soll, die sich über den Anfang oder das Ende des gelesenen Blocks hinaus erstrecken, also physikalische Sektoren, die nicht mit dem Anfang oder Ende des Blocks übereinstimmen. Die Nichtbeachtung dieser Regel hat die folgenden Nachteile zur Folge:

  • Auf nicht ausgerichtete physikalische Sektoren wird im Zuge des Abbildungsprozesses zweimal zugegriffen, was eine zusätzliche Belastung für das Laufwerk in Fällen bedeutet, in denen die betroffenen Sektoren Probleme mit dem Auslesen von Festplatten verursachen.
  • Benachbarte gelesene Blöcke, die sich über denselben nicht ausgerichteten physikalischen Sektor hinweg erstrecken, verursachen das gleiche Problem, d. h. eine Zeitüberschreitung beim Lesen oder ein ATA-Fehler. Mit anderen Worten: Der Abbildungsprozess kann den jeweiligen problematischen physikalischen Sektor nicht lokalisieren, so dass beide auf diesem Sektor liegenden gelesenen Blöcke betroffen sind.

2. Wenn ein physikalischer Sektor Probleme mit dem Auslesen von Festplatten verursacht, wie zum Beispiel ein fehlerhafter Sektor, führt der Zugriff auf jede in der betreffenden PBA gelegene LBA zu genau dem gleichen Ergebnis.

Ein Abbildungsprozess sollte dies berücksichtigen, um unnötige Leseversuche zu vermeiden, die zu einer weiteren Belastung des Laufwerks und zu einem höheren Risiko eines Laufwerksausfalls führen. Außerdem können solche unnötigen Leseversuche die Abbildungszeit erheblich verlängern, weil die Verarbeitung problematischer Bereiche gewöhnlich die meiste Zeit des Abbildungsprozesses ausmacht, so dass die Gesamtzeit für die Abbildung sich ganz leicht verdoppeln oder gar verdreifachen kann, wenn Ihr Abbildungsprozess dieses Instabilitätsproblem nicht berücksichtigt.

Zum Beispiel verfügen die meisten Laufwerke hoher Kapazität heute über physikalische Sektoren mit 4 KB und die Abbildung problematischer Bereiche erfolgt gewöhnlich jeweils pro einzelner LBA. Wenn also einmal auf eine fehlerhafte PBA zugegriffen wird, dann sind die nachfolgenden sieben Versuche, andere LBAs des gleichen physikalischen Sektors zu lesen überflüssig, und haben sieben weitere identische fehlerhafte Sektoren zur Folge. Somit wird also die Belastung und die Verarbeitungszeit für den jeweiligen Problembereich versiebenfacht!


Was Sie über die Parameter für lange physikalische Sektoren wissen sollten

Die ATA-Spezifikation wurde aktualisiert und stellt nun zusätzliche Fähigkeiten zum Berichten verschiedener Parameter ihrer Architektur aus langen physikalischen Sektoren bereit. Es gibt zwei kritische Parameter: 1) Anzahl der LBAs pro PBA und 2) Position von LBA 0 innerhalb von PBA 0. Wie Sie sehen, wird das Ganze dadurch verkompliziert, dass der erste physikalische Sektor des Laufwerks eine geringere Anzahl an LBAs enthalten kann als andere physikalische Sektoren. Dieses Merkmal war erforderlich, um Laufwerke mit einer spezifischen PBA-LBA-Ausrichtung erstellen zu können, wie sie für ein bestimmtes Dateisystem benötigt werden. In der Tat war bei vielen der früheren Laufwerke mit langen physikalischen Sektoren die Position von LBA0 innerhalb von PBA0 gleich 1 (statt 0), was zur Ausrichtung der ersten Partition des Laufwerks diente, die sich gewöhnlich in LBA63 befand, so dass die gesamte Partition PBA-ausgerichtet war.

Zu erwähnen ist auch, dass manche Laufwerke, vor allem frühere, ihre Parameter für die langen physikalischen Sektoren nicht berichten, was recht ungünstig ist. Das führt dazu, dass ein Abbildungstool diese Parameter nicht automatisch vom Laufwerk anfordern kann, um seinen Abbildungsalgorithmus entsprechend der jeweiligen Architektur des Laufwerks anzupassen. Das bedeutet also, dass das Tool auch die Fähigkeit haben sollte, den Algorithmus für lange physikalische Sektoren manuell zu aktivieren, indem die entsprechenden Parameter des Laufwerks eingegeben werden. In den meisten Fällen ist es recht einfach, diese Parameter so zu identifizieren, sobald im Zuge des Abbildungsprozesses auf den ersten physikalischen fehlerhaften Sektor zugegriffen wird. Sie können dann die Anzahl der LBAs pro PBA sehen und eine Position von LBA0 innerhalb von PBA0 des Laufwerks berechnen.

Nun wissen Sie, warum das Format langer physikalischer Sektoren beim Thema Datenrettung eine so wichtige Rolle spielt. Der DeepSpar Disk Imager 4 macht es Ihnen leicht, Ihr Wissen praktisch anzuwenden: Sie müssen lediglich die Option für den Abbildungsalgorithmus für lange physikalische Sektoren aktivieren und ggf. die Parameter für die langen physikalischen Sektoren eines bestimmten Laufwerks anpassen.