机械硬盘的坏扇区、磁记录方式
10月初室友的笔记本电脑开机提示S.M.A.R.T.(Self-Monitoring Analysis and Reporting，是一种嵌入硬盘、固态硬盘和eMMC存储上的硬盘监控系统)有问题，笔者使用CrystalDiskInfo检测，发现机械硬盘的 重新分配扇区计数 出现了警告。重新分配扇区计数值在一段时间内显著增加，说明这个硬盘快要挂掉了。
昨天室友的笔记本电脑蓝屏了好几次，并时不时出现掉盘的现象，虽然系统盘并非那块机械，但是蓝屏错误大概率与那个要坏掉的机械硬盘有关，比如如果在访问虚拟内存时发生掉盘，就有可能出现各种意想不到的问题。
深夜那块硬盘在最后回光返照了一下以后，再也识别不到了(悲)。还好在昨天发觉不对劲之时已经抢救了一部分数据，造成的损失倒没有多少，可能就是需要买一块新的硬盘，然后把之前的软件和游戏重新安装……总之很麻烦就是了。
除了用一个新磁盘直接克隆受影响的磁盘外，对重新分配的扇区计数警告无法修复。然而，带有重新分配扇区计数警告的驱动器并不意味着该驱动器不能工作。只要驱动器运行，就可以继续使用它，但风险由用户自行承担，其实这也就是说明你还可以用，但是硬盘不能保证数据的可靠性了，而且未来有可能还会恶化，所以基本看到重新分配的扇区计数就得考虑购买新的磁盘准备替换了。
机械硬盘的坏扇区
从本质上讲，重新分配的扇区(也称为坏扇区或坏块或坏道)是磁盘上不再安全存储数据的区域，通俗来说就是硬盘上永久损坏一个地方，该部分中保存的所有信息都将丢失。
坏扇区分类
坏扇区一般分为两种类型：硬坏扇区（也称为物理坏道）和软坏扇区（也称为逻辑坏道）。
- 硬坏扇区
硬坏扇区主要是由物理损坏引起的，例如制造中出现问题、硬盘盘片受到物理划伤等； - 软坏扇区
软坏扇区通常与软件问题有关，例如对硬盘的不当操作、文件系统错误等
当系统无法读取、写入或验证存储在特定扇区的数据时，它将该扇区标记为坏扇区，并将存储的数据重新分配或映射到硬盘上的预留区域(空闲区域)。。预留区域是磁盘预留出来的区域，用于磁盘的正常运行，并防止由于坏道导致数据立即丢失。一般厂商都会留有一定量的冗余扇区作为备份，如果坏扇区的数量低于冗余的数量，那么这个磁盘暂时还是不太受影响；如果损坏继续扩大，超过了冗余，那么就是正常的数据受损了。
造成坏扇区的原因
硬盘原本的质量瑕疵
受技术所限，现在的机械硬盘在生产时无法达到100%无坏扇区，往往会有一些物理坏道在硬盘盘的碟片上。厂商会将此类坏道列入工厂坏道表中，且完全隔离，不再使用。此类坏道被称为工厂坏扇区。个人使用习惯不良
例如频繁读写资料、计算机不当关机、强制断电等等都可能会使硬盘产生坏道。电压不稳
硬盘运作时，是依靠电流使盘片高速旋转，再用电流驱使磁头移动到盘片上产生磁场来达到读取及写入资料，若是电压不稳则会破坏盘片及磁头运作，导致坏道。温度过高
硬盘运作温度过高，造成控制电路过热，会损害硬盘正常工作。物理损坏
例如硬盘碰撞、震动、进水等，都可能会对硬盘产生损坏。
磁记录方式
既然上文提到了磁盘坏扇区可能需要准备购买新的磁盘替换，如何选择磁盘又成了问题，并且近年来对存储性能要求的不断增加，使得大家意识到了机械硬盘的磁记录方式对存储性能的影响。最近几年，选购机械硬盘，常常会看到网上文章说 “千万不要选叠瓦盘” “性能差、易损坏” ，诸如此类说法。下面就简单介绍一下。
水平磁记录方式(LMR)
机械硬盘的主要构造有马达、磁盘、磁头臂、磁头，硬盘运行的时候磁头悬浮在磁盘上方几纳米。
水平磁记录的磁盘，磁性记录颗粒的易磁化方向相对于碟片是平行的，如下图所示。颗粒沿着碟片圆周以端对端排列，所以便有机会出现SS（南）和NN（北）的互斥排列。
磁头上的读取磁头可以读取磁盘上磁粒的极性，磁粒极性向右的时候为1，极性向左的时候为0，这样来达到读取数据的目的。写碰头可以改变磁粒的极性，达到改写或定入数据的目的。
由于现今硬盘的资料记录区块大小已经发展到宽度只有30纳米左右，而磁性记录颗粒的尺寸不断下降，但硬盘容量倍数上升，导致出现电磁学上的超顺磁效应（超顺磁性），在室温的情况下颗粒便会对随机的热运动异常敏感，失去稳定性，导致出现比特（0和1）翻转的现象，记录的数据因此被破坏，大大降低了硬盘的容量提升潜力。
垂直磁记录方式(PMR)
随着制造工艺的升级，写入磁头做的更小，出现了垂直磁记录，碰粒极性由原来的水平改为了垂直，极性向上为1，向下为0。
垂直磁记录技术中的磁性记录颗粒的易磁化方向相对于碟片是垂直的，因此允许使用单极磁头配合磁记录介质下的软磁层对其所产生的镜像效应所产生的“间隙磁场”来将信息写入磁记录介质中，而纵向写入技术采用环形磁头在间隙处产生的杂散场来将信息写入，因此，采用具有相同饱和磁化强度的材料所制备的垂直写入磁头，能产生两倍于纵向写入磁头所能产生的磁场。更大的写入磁场允许我们使用具有更高磁各向异性的材料来制备磁记录介质，而磁各向异性越强，出现超顺磁性效应的临界体积就越小，因此，碟片中的存储密度可以在一定程度内得到进一步的提高。比如LMR水平磁记录磁盘的存储密度仅有133GB/平方英寸，而PMR垂直磁记录磁盘可以达到1108GB/平方英寸，
传统垂直磁记录(CMR)
这种方式保留了以前PMR替代LMR时的传统技术，为了区别于叠瓦磁记录，这类磁记录方式被命名为CMR。
叠瓦磁记录(SMR)
这几年在PMR磁盘下又出现了一个新的分支，那就是SMR瓦楞式堆叠(叠瓦磁记录)，利用了叠瓦磁道的原理，相对PMR可提高存储密度和每个驱动器的整体存储容量，但是写入性能却下降了。
为什么SMR磁盘性能比CMR磁盘性能下降了呢？在此之前需要先说明磁盘是如何工作的。
磁盘先验知识
为了能精准的定位数据在磁盘的具体位置，磁盘被划分了无数个磁道，磁道又被划分成多个扇区。
在读取数据的时候先定位数据所在的扇区的磁道的位置，磁头先摆动到数据所在的磁道的上方，然后等待着数据所在的扇区转过来，就可以读取数据了，这就是机械硬盘的寻道和寻址功能。
CMR工作原理
由于物理原因，写磁头比读磁头宽，所以写磁头写入数据后再用读磁头读取数据时，只有读磁头扫过的中间部分是有效的。
读磁头只需要窄窄数据带就可以读取数据了，但写入磁头无法做的再小了，所以磁道的上下方的空余部分其实是没用的。
CMR磁盘为了保证写磁头不干扰到相邻磁道，通过写入彼此平行而不重叠的磁道来记录数据，如下图所示，
磁道与磁道之间留出了一定的间隔，不过导致了数据密度变的低了，很多空间就被浪费了。
SMR工作原理
而叠瓦磁记录技术的硬盘写入的新磁道则与先前写入的磁道部分重叠，从而使先前的磁道更窄，因此能拥有更高的磁道密度。由此可以看出，使用叠瓦磁技术的磁道相互重叠，与用作屋顶的瓦片堆叠方式类似。
因为读取头较小，因此SMR磁盘的读取与一般的PMR磁盘并无不同，但是写入就有很大区别了，由于叠瓦磁盘的磁道是堆叠在一起的，写磁头比较宽，所以写入数据的时候会把下面的磁道也一起写入，下一个磁道写入的时候覆盖了上一个磁道重复写入的数据的同时又把下一个磁道又重复写入了。依此类推把数据全部写入磁道。
这样一来，改写某一磁道的数据势必会影响下一个磁道的数据，所以必须要有一个缓冲区先把下一磁盘的数据放入缓冲区，改写完目标数据后，再从把缓冲区把数据重新填回来，这样可能会写到下面的磁道中，这样一来需要重复刚才的动作，直到把所有覆盖的部分处理好。可以看到本来在CMR中写一次就可以完成的任务，放在SMR磁盘身上可能要写很多次，并且需要一个较大的缓存支持(一般SMR磁盘的缓存都是在256MB左右，CMR磁盘的缓存在64MB左右)。
当然要改写某一磁道的数据时并不是要把它后面所有的磁道都挨个重写，要不然如果是改写最外圈的磁道岂不是要把整个碟片全部重写！那样的话实在是太麻烦了。所以整个磁盘并不是从头到尾全部采用叠瓦技术的，而是以扇区为最大单位，每个扇区内的磁道都是叠瓦，各个扇区之间留有间隔、互不干扰。改写某一磁道数据只会影响所在扇区内的磁道，其它扇区不受影响。
SMR磁盘的优点及缺点
优点：
- 体积减小。SMR瓦楞式堆叠磁盘由于采用了磁道堆叠技术，使得数据存储密度更高，同等容量的磁盘碟片数量更少，磁盘的体积会更小，更轻便。
- 价格便宜。因同等容量的磁盘碟片数量更少，也就大大减少了成本，所以价格上也会比CMR磁盘更便宜。
缺点：
- 随机写入慢。因改写磁道中间数据时会影响其它磁道的数据，改写一条磁道的数据需操作多次才能完成，大大增加了工作量，所以在改写数据时比CMR磁盘性能上有很大的差距，特别是剩余空间越少时读写越慢，慢到令人发指，而且在写入大文件超过缓存大小时，还会出现速度“断崖式”下降。
- 磁盘寿命短。磁盘读写的次数与其寿命是有关的，叠瓦盘在改写数据时进行的读写次数远超CMR磁盘，所以它的寿命相比CMR磁盘更短。
- 转速低导致读写都慢，CMR磁盘普遍是7200转，而到了叠瓦盘则变成了5400转，因为叠瓦盘数据密度变大，转速务必要降低，而转速直接影响读写速度，所以即便数据密度变大了由于转速的降低使其读写性能不增反降。
如何辨别CMR和SMR？
至于怎么分辨SMR也很简单，选购机械硬盘的时候尽量选择7200转64MB缓存的，不要选5400转256缓存的就可以了。一般来说1TB内的硬盘都是CMR机械硬盘，2TB以上基本都是SMR叠瓦盘。
本应用在高容量HDD上的SMR技术近年来逐渐向1T、2T这种较低容量的硬盘靠近。而硬盘厂商们却对此闭口不提，消费者对此也不知情。西部数据(WD)、希捷(ST)、东芝(TOSHIBA)都曾在或仍在未标明磁盘是否使用 SMR 技术的情况下出售硬盘。这导致了很大的争议。而被曝出混用也是有用户因为在NAS中组RAID报错，经过挖掘之后才发现的，导致消费者投诉，主要硬盘品牌最终公布了使用 SMR 技术的硬盘产品型号并保证特定系列型号不使用 SMR 技术，其公布信息可以去品牌官网查询，或参考链接。
