Když disk něco bolí...

Fungování disku

Jak pracuje pevný disk, to asi všichni víme. Na otáčejícím se kotouči (plotně) se nachází magnetizovatelná látka, nad plotnou v mikroskopické výšce "poletuje" čtecí / zapisovací hlava a pomocí elektromagnetu mění "nastavení" látky na hodnoty 0 a 1. Čím novější disk, tím více jedniček a nul je umístěno na stejné ploše - roste hustota záznamu.

Běžný dnešní pevný disk do stolního počítače má hustotu záznamu 80 GB na plotnu, tj. 40 GB z jedné strany (na plotnu se zapisuje z obou stran pomocí dvou hlav). Jsou ale již i disky se 100 GB či 133 GB na plotnu. Samotná plotna je z důvodu ochrany obvykle potažena ochranným "nátěrem", který však někdy může činit problémy - to byl známý případ katastrofální úmrtnosti disků IBM Deskstar 75GXP a 60GXP, kdy při delší nečinnosti hlava nabourala do ochranného gelu a následoval kolaps.

Budeme-li se bavit o spolehlivosti, je jasné, že čím vyšší hustota záznamu, tím hůř. Jednoduše proto, že nový disk používá k záznamu jednoho bitu méně atomů než disk starší. Vyžaduje se tak lepší kvalita plotny (magnetizovatelné látky), přesnější navigace čtecí / zapisovací hlavy, přesnější teplotní rekalibrace... no prostě od nového disku nelze čekat stabilitu disků poloviny devadesátých let, ke kdysi běžné spolehlivosti je mu nutné trochu pomoct.

Proč disky odchází? - typy poškození

Jednoduše proto, že jsou to příliš citlivá zařízení. Mechanika je velmi precizní, v důsledku tedy i zranitelná. Čtecí / zapisovací hlava se pohybuje ve velmi malé vzdálenosti nad plotnou, jakékoliv smítko prachu dokáže hlavu zničit či poškodit (disk se vyrábí, podobně jako mikroprocesory, v extrémně čistém prostředí). Plotna se otáčí vcelku vysokou rychlostí, což také na spolehlivosti nepřidává. A disk takto pracuje několik hodin denně, někdy i nepřetržitě.

Přesto však, disk je na takovou zátěž konstruován (snad s výjimkou nepřetržitého provozu, na který jsou připraveny pouze některé série disků). Co jsou tedy skutečné příčiny smrti pevných disků a proč často umírají? Příčin může být několik:

Poškození při převozu - Většina disků je převážena pouze v antistatickém sáčku, tj. bez mechanické ochrany. A přestože disk má ve vypnutém stavu vydržet přetížení 300 až 350G, nemusí to vždy stačit. Jednak tato hodnota je mezní a pak také nemusí platit pro všechny směry vibrací a zcela jistě neplatí pro všechny typy vibrací. Výrobci často garantují pouze omezený čas, po který mohou vibrace působit. Tak například IBM Deskstar 180GXP vydrží půlsinovou vlnu o síle 350G a délce 2ms. Ale náhodné vibrace snese už pouze o síle 1.04G. To vše ve vypnutém stavu, za chodu je odolnost mnohem nižší. Pokud je disk nešetrně převážen, může být vystaven nepříznivějším podmínkám než jsou tyto. Je tak poškozen ještě před vlastním použitím.

Typický důsledek: kompletní selhání disku
Projev selhání: ihned po koupi či během několika prvních dní provozu

Elektřina - Stabilita napájení je velmi důležitý faktor. Pevné disky se většinou drží specifikace ATX12V, místy mají dokonce tvrdší požadavky, především pak na +12V napětí. Dodržení specifikací a stabilita napětí jsou klíčové faktory. Pevný disk je poháněn napětím +12V (motory), +5V (napěťový regulátor pro elektroniku) a u Serial ATA disků v budoucnu také +3.3V (přímé napájení elektroniky - dnes není využito, protože jen málo zdrojů má SATA napájecí konektor).

Zdroj by měl splnit požadavky na zvlnění dané specifikací. S tím však může mít dost problémy, především při rušení v síti. Toto rušení je běžně způsobováno silnějšími motory jako jsou ty ve vrtačkách, vysavačích či mixérech - jistě se každý z nás setkal se situací, kdy se po zapnutí vysavače objevovaly na obrazovce televize ruchy.

Někteří lidé tvrdí, že tyto rušení v síti jsou přenášena do celého počítače, a narušují tak stabilitu počítače jakožto celku. Je například známé, že chyby v testu Prime95 (testuje stabilitu procesoru) nastávající po delších časových úsecích (např. několika hodinách) jsou způsobovány nestabilitou napájení - v elektrické síti dojde k rušení, to způsobí téměř nepostřehnutelný pokles napětí a procesor špatně vypočte úlohu. Již mnoho lidí nezávisle na sobě potvrdilo, že připojením počítače přes online záložní zdroj napájení (UPSku, která generuje proud pro zdroj z baterií, což je "krásný" proud bez rušení) bylo možné snížit při stejné frekvenci napětí procesoru a dosáhnout tak lepšího přetaktování.

Co se týče pevných disků, je téměř faktem, že některým lidem odchází pevné disky jak na běžícím pásu, zatímco jiným drží dobře. Důvod? Patrně elektřina. Plotna pevného disku je již z továrny naformátována značkami, které slouží k navigaci čtecí / zapisovací hlavy (tzv. low level formát). Tyto značky se v průběhu používání nemění, slouží jen elektronice disku k zjišťování pozice hlavy. Někteří zastávají názor, že zvýšené rušení v síti způsobuje poškození těchto značek náhodným aktivováním hlavy (náhodným zápisem na nesprávná místa). V dlouhodobém horizontu to vede k nečitelnosti některých sektorů na disku, protože hlavička není schopná nalézt značku, a tedy i přečíst data.

Typický důsledek: vznik chybných sektorů
Projev selhání: dlouhodobý v řádu měsíců

Audio: "Click of Death" z disku IBM Deskstar 60GXP (přezdívaný Deathstar) zaznamenaný kýmsi z Internetu

Náraz hlavičky do plotny - Čtecí / zapisovací hlava na mnoha discích po vypnutí dosedá na povrch plotny (tzv. parkuje). To nevadí, protože na povrch dosedá v okamžiku, kdy se plotna netočí, takže nehrozí zničení hlavy. Avšak může se stát, že z nějakého důvodu při opětovném nastartování se začne plotna točit dříve, než se hlavička vznese (než se odlepí od plotny), či že se hlava vlivem selhání mechaniky / elektroniky dotkne plotny za provozu. V takovém případě dochází k poškození plotny a často i samotné hlavy.

Typický důsledek: vznik chybných sektorů s rychlým přibýváním dalších chybných sektorů, popř. kompletní selhání disku
Projev selhání: nepředvídatelné

Výkyvy počasí - Jedná se o poměrně atypický problém v běžných podmínkách. V podstatě jde o to, že různá vlhkost, tlak a teplota vzduchu mohou negativně působit na magnetizovatelnou látku plotny (či na plotnu samotnou), což při častém střídání prostředí (např. klimatizovaná kancelář vs. horko v autě v létě) může vést k degradaci stability magnetizovatelné látky a poruše disku. Protože stolní pevné disky běžně takto nepřenášíme, týká se to především disků pro notebooky.

Typický důsledek: problémy se čtením / zápisem dat
Projev selhání: nepředvídatelné

Selhání elektroniky - Elektronika disku ovládá veškerou činnost mechaniky. Poškození elektroniky tak vede k nefunkčnosti disku jakožto celku. V horším případě můžou chybné povely z řídícího čipu způsobit poškození čtecí / zapisovací hlavy či náhodné přepisování dat. Naštěstí při selhání elektroniky je možné tuto vyměnit za stejnou z jiného disku a alespoň zachránit data.

Typický důsledek: dlouhá či zcela nefunkční detekce disku systémem, nefunkční DMA režim přenosu, chybné čtení / zápis dat, poškození čtecí / zapisovací hlavy
Projev selhání: nepředvídatelné

Poškození ložisek motoru - Motorky otáčející plotny sice dnes používají kapalinová ložiska, která mají delší životnost a mnohem menší hlukový projev než jinak běžně používaná kuličková ložiska...

... avšak i ta po delší době provozu začínají více "pískat", než když je disk nový. Časem se prostě oběhají. Občas se ale stane, že ložiska začnou hlučet výrazně víc a disk takto začne pískat tak, že je například slyšet i 10 metrů daleko nebo přes zavřené dveře (... což normální člověk nesnese déle než pár minut). V takovém případě se jasně jedná o poškození ložisek.

Typický důsledek: růst hlučnosti disku v oblasti vyšších frekvencí až na nesnesitelnou úroveň, selhání motorku otáčejícího plotnami
Projev selhání: obvykle dlouhodobý proces stárnutí, ale může nastat i náhodně

Teplota - Vysoká teplota degraduje materiál. Magnetizovatelná látka plotny se může vlivem vysoké teploty poškodit a s tím zmizí i data. Vyšší teplota fyzicky zvětšuje pevný disk (látky se s růstem teploty roztahují), takže je nutná rekalibrace. S vyšší teplotou se zvyšuje riziko chybně zapsaných či chybně přečtených dat. Vysoká teplota je jednou z nejčastějších příčin selhávání pevných disků.

pod 40 stupňů - vhodná teplota, ale málokdy dosažitelná bez aktivního chlazení

nad 40 stupňů - snesitelné, pokud disk není používán nepřetržitě nebo na ukládání cenných dat

nad 45 stupňů - již znatelné riziko

nad 50 stupňů - velké riziko poškození disku

nad 60 stupňů - často nastává chyba čtení / zápisu, selhává elektronika, neodpovídá provozním specifikacím drtivé většiny disků

Typický důsledek: zmizení disku ze systému, problémy s detekcí disku, poruchy čtení a zápisu
Projev selhání: od určité teploty okamžité následky, jinak urychlený proces stárnutí.

Samozřejmě mohou nastat i jiné scénáře. Naštěstí je možné řadu z nich předvídat...