2011版數(shù)據(jù)指南針技術(shù)白皮書(shū)
背景
數(shù)據(jù)指南針是效率源科技于2008年推出的針對(duì)邏輯層的數(shù)據(jù)恢復(fù)工具。該工具從推出以后，經(jīng)過(guò)了很多次升級(jí)，增加了許多實(shí)用強(qiáng)大的功能，如影子技術(shù)、日立硬盤(pán)固件區(qū)虛擬技術(shù)、硬盤(pán)分頭鏡像技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用解決了很多數(shù)據(jù)恢復(fù)難題，為客戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
然而，硬盤(pán)的技術(shù)在不斷地發(fā)展進(jìn)步，新的難題也不斷出現(xiàn)。因應(yīng)市場(chǎng)的需求，硬盤(pán)廠商推出了TB級(jí)大容量硬盤(pán)，并在這些硬盤(pán)中引入了一些新的設(shè)計(jì)。因?yàn)榧夹g(shù)的不成熟，這些設(shè)計(jì)存在一些缺陷，使得很多硬盤(pán)特別是大容量硬盤(pán)產(chǎn)生了盤(pán)體故障和固件問(wèn)題。2008年11月初網(wǎng)絡(luò)上陸續(xù)出現(xiàn)了關(guān)于希捷存在“卡死”問(wèn)題的報(bào)道，當(dāng)時(shí)涉及的產(chǎn)品是世界第一塊1.5TB臺(tái)式機(jī)硬盤(pán)-----酷魚(yú)11代 （Barracuda 7200.11）。根據(jù)用戶的反映，該款硬盤(pán)在使用過(guò)程中會(huì)無(wú)故失去響應(yīng)，導(dǎo)致系統(tǒng)卡死數(shù)秒（時(shí)間不等），隨后又自動(dòng)恢復(fù)。以后又有陸續(xù)報(bào)道反映希捷硬盤(pán)使用一段時(shí)間以后無(wú)法被BIOS識(shí)別以及LBA識(shí)別成0等故障（效率源科技在希捷專(zhuān)修中給出了專(zhuān)門(mén)的解決方案）。據(jù)希捷官方稱(chēng)，這是因?yàn)樵撓盗杏脖P(pán)存在固件缺陷，并向用戶發(fā)布了新的固件升級(jí)解決此類(lèi)問(wèn)題。這就是著名的希捷“固件門(mén)”。盡管希捷升級(jí)了硬盤(pán)固件，并推出了酷魚(yú)12代（Barracuda 7200.12）系列，然而這兩個(gè)系列的硬盤(pán)依然存在新的故障，假卡死就是其中一種。假卡死是指硬盤(pán)遇到壞道以后無(wú)法響應(yīng)，并且硬盤(pán)無(wú)法刷新?tīng)顟B(tài)，仍然報(bào)告就緒。
正是受“固件門(mén)”的部分影響，2010年第一季度西部數(shù)據(jù)硬盤(pán)出貨量首次超過(guò)希捷，占據(jù)第一的位置。然而，這并不能說(shuō)明西部數(shù)據(jù)的硬盤(pán)完美無(wú)瑕，其近些年推出的ROYL系列大容量硬盤(pán)同樣存在設(shè)計(jì)缺陷。和其它品牌硬盤(pán)一樣，西數(shù)硬盤(pán)的固件設(shè)計(jì)了兩份。對(duì)于兩個(gè)磁頭以上的硬盤(pán)，兩份固件依次存放在邏輯0頭（主頭）和邏輯1頭（副頭）。盡管固件只存放在兩個(gè)磁頭上，西數(shù)硬盤(pán)在通電以后會(huì)檢測(cè)每一個(gè)磁頭的狀況。如果有一個(gè)磁頭損壞，硬盤(pán)就無(wú)法初始化，發(fā)出敲盤(pán)聲并停轉(zhuǎn)電機(jī)。如果想從這些故障硬盤(pán)中恢復(fù)數(shù)據(jù)，用戶就必須更換整個(gè)磁頭組件。由于這些硬盤(pán)一般都是500GB以上的大容量硬盤(pán)，更換磁頭的成本很高；并且有時(shí)即使更換了完好的磁頭組件，硬盤(pán)仍然無(wú)法正常工作！
為了解決上述兩大難題以及客戶遇到一些其它問(wèn)題，效率源科技重磅推出2011版數(shù)據(jù)指南針，升級(jí)了七大功能：西數(shù)硬盤(pán)固件加載技術(shù)、希捷硬盤(pán)電源復(fù)位設(shè)置、東芝和富士通硬盤(pán)分頭技術(shù)、狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤寄存器、硬盤(pán)信息獲取、鏡像過(guò)程中的扇區(qū)實(shí)時(shí)查看、數(shù)據(jù)指南針的東芝和富士通硬盤(pán)接口。本文檔將會(huì)介紹所有的七大功能，包括一些細(xì)節(jié)。
狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤寄存器
這次升級(jí)采納了客戶的建議，在程序中引入了狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤寄存器，讓用戶實(shí)時(shí)了解硬盤(pán)的狀態(tài)以及錯(cuò)誤類(lèi)型。其實(shí)，很早就有客戶建議引入這個(gè)兩個(gè)寄存器，開(kāi)發(fā)者出于功能和速度平衡的考慮，沒(méi)有在程序中引入，而是在控制終端面板上設(shè)計(jì)了部分重要的狀態(tài)寄存器，如硬盤(pán)忙碌（BSY），硬盤(pán)就緒（DRD）等。這次升級(jí)，開(kāi)發(fā)者為了讓用戶能夠更方便地查看硬盤(pán)狀態(tài)，更重要地是為了配合“電源復(fù)位設(shè)置”功能，在程序中引入了狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤寄存器，如圖5所示。
圖5
下面介紹狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤寄存器每個(gè)bit位含義。
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| BSY | DRD | DWF | DSC | DRQ | CRR | IDX | ERR |
表1
如表1所示，狀態(tài)寄存器各bit位含義如下：
BSY： 硬盤(pán)忙碌，
DRD：硬盤(pán)就緒
DWF: 硬盤(pán)寫(xiě)入失敗
DSC: 硬盤(pán)尋道完成
DRQ: 硬盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求
CRR: ECC校驗(yàn)更正
IDX: 索引
ERR: 當(dāng)前命令執(zhí)行發(fā)生錯(cuò)誤
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| BBK | UNC | 0 | IDNF | 0 | ABRT | TONF | AMNF |
表2
如表2所示，錯(cuò)誤寄存器各bit位含義如下：
BBK：扇區(qū)被標(biāo)記為壞扇區(qū)
UNC: ECC錯(cuò)誤無(wú)法更正
IDNF: 扇區(qū)ID丟失
ABRT: 命令被終止
TONF: 0磁道損壞
AMNF:扇區(qū)地址標(biāo)記丟失
希捷硬盤(pán)電源復(fù)位設(shè)置
這個(gè)功能的升級(jí)源于客戶發(fā)過(guò)來(lái)的一個(gè)希捷酷魚(yú)11代（Barracuda 7200.11）320GB硬盤(pán)。客戶反映該硬盤(pán)在數(shù)據(jù)拷貝過(guò)程中經(jīng)?？ㄋ溃绦驘o(wú)法自動(dòng)完成軟復(fù)位和硬復(fù)位，需要手動(dòng)電源復(fù)位。開(kāi)發(fā)者在研究了這個(gè)硬盤(pán)以后發(fā)現(xiàn)，這種硬盤(pán)在遇到壞道時(shí)卡死，但同時(shí)“BSY”位不置“1”，仍然保留卡死之前的就緒狀態(tài)，因此程序無(wú)法判斷硬盤(pán)的真實(shí)狀態(tài)，不會(huì)觸發(fā)軟復(fù)位，硬復(fù)位和電源復(fù)位。這是硬盤(pán)設(shè)計(jì)上的缺陷，因?yàn)楦鶕?jù)ATA協(xié)議規(guī)定，當(dāng)設(shè)備卡死無(wú)法響應(yīng)外部命令時(shí)，狀態(tài)寄存器“BSY”位必須置“1”。針對(duì)這種情況，開(kāi)發(fā)者增加了電源復(fù)位設(shè)置功能，由用戶指定觸發(fā)電源復(fù)位的條件（狀態(tài)寄存器的bit位）。
使用這個(gè)功能時(shí)，用戶首先必須判斷硬盤(pán)卡死時(shí)的狀態(tài)，即狀態(tài)寄存器的各個(gè)bit位是否生效。本文用上述的硬盤(pán)為例說(shuō)明（具體步驟請(qǐng)參照程序安裝包對(duì)應(yīng)視頻）。在沒(méi)有設(shè)置電源復(fù)位條件時(shí)，我們可以打開(kāi)兩個(gè)分區(qū)，如圖6所示。
圖6
但是，我們也注意到硬盤(pán)的狀態(tài)報(bào)告為“Error”，同時(shí)終端面板上“DRD”、“DWF”、“DSC”、“ERR”燈亮，如圖7所示。接著，查看扇區(qū)發(fā)現(xiàn)扇區(qū)都是“4040”（圖8），即無(wú)法訪問(wèn)，硬盤(pán)此時(shí)已經(jīng)卡死，無(wú)法響應(yīng)外部命令。
圖7
圖8
因此當(dāng)前硬盤(pán)卡死時(shí)的標(biāo)志就是上述的幾個(gè)bit位有效，必須觸發(fā)電源復(fù)位。在程序中設(shè)置好相應(yīng)的狀態(tài)bit位以后（圖9），硬盤(pán)的第三個(gè)分區(qū)也能夠打開(kāi)，如圖10所示。
圖9（圖中“DWF”后應(yīng)為“DRD”）
圖10
這個(gè)功能能夠有效解決部分希捷7200.11和7200.12硬盤(pán)卡死后仍然報(bào)告狀態(tài)為就緒的故障。目前我們只發(fā)現(xiàn)希捷硬盤(pán)存在此故障，如果用戶認(rèn)為其它品牌硬盤(pán)有相似的癥狀，也可以嘗試此功能。
硬盤(pán)信息獲取
硬盤(pán)信息獲取功能用于獲取硬盤(pán)的型號(hào)，固件版本號(hào)，序列號(hào)，LBA和緩存大小，如圖12所示。這個(gè)功能被整合到“固件加載”菜單，其目的就是為了配合“西數(shù)硬盤(pán)固件加載”功能，使得用戶能夠有效判斷硬盤(pán)的參數(shù)能否正確獲取。
西數(shù)硬盤(pán)固件加載技術(shù)
此項(xiàng)技術(shù)的引入在于解決西數(shù)ROYL系列硬盤(pán)在一個(gè)固件存放頭損壞的情況下無(wú)法加載固件的故障。這種故障的表現(xiàn)是：硬盤(pán)通電以后，電機(jī)起轉(zhuǎn)，磁頭嘗試尋道并發(fā)出輕微的“咯咯”摩擦聲，嘗試兩三次以后，電機(jī)停轉(zhuǎn)。硬盤(pán)這時(shí)工作在電路板模式，仍然報(bào)告狀態(tài)就緒。我們將硬盤(pán)連接到數(shù)據(jù)指南針，獲取硬盤(pán)信息如圖1所示。由圖可知，只有硬盤(pán)型號(hào)被識(shí)別，固件版本，序列號(hào)，容量和緩存容量為空。這說(shuō)明硬盤(pán)固件沒(méi)有加載，硬盤(pán)型號(hào)是從電路板上識(shí)別到的。然后，我們點(diǎn)擊“主頭加載”（本例中是副頭故障），讓硬盤(pán)從主頭加載固件并復(fù)位，再次獲取硬盤(pán)信息如圖2所示。這時(shí)，硬盤(pán)已經(jīng)從主頭固件啟動(dòng)并完成初始化，所以硬盤(pán)的全部信息都正確地獲取到了。
圖11
圖12
硬盤(pán)固件加載以后，我們進(jìn)入Data Compass Explorer順利打開(kāi)了分區(qū)（圖13）。
圖13
這個(gè)硬盤(pán)有6個(gè)磁頭，損壞了一個(gè)磁頭，數(shù)據(jù)的完整率為83%（理論數(shù)值）。我們可以先查看目錄，直接提取用戶的重要數(shù)據(jù)。當(dāng)然，出于數(shù)據(jù)安全的考慮，可以采用分頭鏡像技術(shù)，先把完好磁頭的數(shù)據(jù)鏡像出來(lái)，以避免完好的磁頭在和損壞的磁頭一起動(dòng)作時(shí)損壞。如圖4所示，我們創(chuàng)建磁頭位圖以后，將邏輯1頭（H1）去掉，分頭鏡像剩下的5個(gè)頭的數(shù)據(jù)，這樣可以恢復(fù)大概80%（理論數(shù)值為83%，需將壞道考慮進(jìn)去）的數(shù)據(jù)。這80%的數(shù)據(jù)很大可能就是客戶需要的數(shù)據(jù)。這種情況下我們不需要更換磁頭就能恢復(fù)客戶的數(shù)據(jù)，節(jié)省了大容量硬盤(pán)開(kāi)盤(pán)帶來(lái)的一大筆成本。這是很有意義，很實(shí)用的一個(gè)技術(shù)，因?yàn)橛行┛蛻舻臄?shù)據(jù)并不是那么重要，他們沒(méi)有意愿更換磁頭，我們就可以通過(guò)指定磁頭加載固件，然后分頭鏡像來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)。同時(shí)，我們?cè)趯?shí)際工作中還發(fā)現(xiàn)，有些硬盤(pán)的磁頭并不是全部損壞，只是性能降低了，在分頭鏡像過(guò)后，磁頭竟然又變好了。這可能是因?yàn)椋蓬^組件是一個(gè)整體，在分頭鏡像過(guò)程中，損壞的磁頭和完好的磁頭一起動(dòng)作，慢慢地性能就變好了。
圖14
這里需要強(qiáng)調(diào)，并不是所有的磁頭損壞的情況都可以使用固件加載技術(shù)。這是因?yàn)槲鲾?shù)固件只有兩份，分別存放在邏輯0頭（主頭）和邏輯1頭（副頭），如果主頭和副頭全部損壞，加載其它磁頭也沒(méi)有效果，因?yàn)槠渌蓬^上沒(méi)有固件，無(wú)法讓硬盤(pán)工作。因此，用戶需要正確判斷硬盤(pán)是否能夠使用固件加載技術(shù)。用戶必須牢記，適用固件加載技術(shù)的硬盤(pán)故障表現(xiàn)是：硬盤(pán)通電以后，電機(jī)起轉(zhuǎn)，磁頭嘗試尋道并發(fā)出輕微的“咯咯”摩擦聲，嘗試兩三次以后，電機(jī)停轉(zhuǎn)。
附注：此次升級(jí)將日立硬盤(pán)固件加載和西數(shù)硬盤(pán)固件加載整合到同一個(gè)菜單，這里順帶說(shuō)明日立硬盤(pán)固件加載功能。日立硬盤(pán)加載技術(shù)在這次升級(jí)中作了優(yōu)化，開(kāi)發(fā)者將所有硬盤(pán)系列資源整合到了一起（包括最新的7232,5450等系列），原來(lái)的資源選擇框變成了“自動(dòng)加載”按鈕。用戶不再須要選擇硬盤(pán)系列，直接點(diǎn)擊“自動(dòng)加載”，程序會(huì)自動(dòng)判斷硬盤(pán)系列并加載相應(yīng)資源。
數(shù)據(jù)指南針的東芝和富士通專(zhuān)修接口
這個(gè)功能使得數(shù)據(jù)指南針可以直接訪問(wèn)連接到東芝和富士通專(zhuān)修終端的硬盤(pán)。此功能的設(shè)計(jì)旨在讓用戶在使用專(zhuān)修檢測(cè)修復(fù)完固件以后，能夠直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)，而不必將硬盤(pán)從專(zhuān)修終端取下連接到數(shù)據(jù)指南針。
東芝和富士通硬盤(pán)分頭鏡像
這個(gè)功能用于東芝和富士通硬盤(pán)的分頭鏡像，適用于單個(gè)磁頭損壞的多磁頭硬盤(pán)。此功能的加入進(jìn)一步完善了數(shù)據(jù)指南針的分頭鏡像技術(shù)。其中，富士通的分頭鏡像更是獨(dú)家支持。
鏡像過(guò)程中扇區(qū)實(shí)時(shí)查看
扇區(qū)實(shí)時(shí)查看是指在數(shù)據(jù)鏡像拷貝過(guò)程中，程序?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前拷貝扇區(qū)的十六進(jìn)制數(shù)值。這是一個(gè)非常有用的功能，其目的在于讓用戶能夠很清楚地判斷當(dāng)前的鏡像是否有意義。以前，有些用戶在花費(fèi)了數(shù)小時(shí)做完鏡像以后，才發(fā)現(xiàn)鏡像的數(shù)據(jù)全是“4040”或者其它無(wú)意義的數(shù)據(jù)，極大地增加時(shí)間和人工成本。有了這個(gè)功能以后，用戶就能在鏡像過(guò)程中判斷數(shù)據(jù)是否有效，是否值得繼續(xù)鏡像。
圖15
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