Festplatten-Defekte

Logische Probleme

Wenn man noch auf eine Festplatte zugreifen kann, aber nicht mehr auf die Daten, die auf dieser Festplatte gespeichert sind, liegt in der Regel ein logisches Problem vor. Alle Daten sind auf der Festplatte als Dateien in Ordnern abgebildet. Über diese logischen Strukturen kann das Betriebssystem die einzelnen Dateien auffinden und auslesen. Fehler in diesen logischen Strukturen führen dazu, dass die auf der Platte gespeicherten Daten nicht mehr zu finden oder nicht mehr lesbar sind.

Im einfachsten Falle kann es sein, dass die Festplatte formatiert wurde. Es könnte aber auch zum Beispiel die Partition gelöscht worden sein, die die Daten enthielt. Und auch die Aktivitäten von Viren können dazu führen, dass sich die Daten auf einer Festplatte nicht mehr auslesen lassen. Auch Fehler des Benutzers können diese Probleme hervorrufen. Wenn der Benutzer zum Beispiel den Computer abschaltet, während er Daten auf die Festplatte schreibt, können die logischen Strukturen danach defekt sein und der Computer findet beim nächsten Start seine Daten nicht mehr wieder.

Physikalische Probleme

In sehr vielen Fällen werden Festplatten von physikalischen Problemen außer Gefecht gesetzt. Diese physikalischen entstehen zum Beispiel durch Alterung des Materials, Produktionsfehler, Erschütterungen, Blitzschlag oder Kurzschlüsse. In der Folge solcher physikalischer Probleme können die Schreib- und Leseköpfe, die Elektronik der Festplatte, der Motor oder Sektoren der Festplatte Defekte aufweisen.

Der bei Festplatten am häufigsten auftretende physikalische Fehler bei Festplatten ist ein defekter Sektor. Ein solcher Sektor kann nicht mehr beschrieben und korrekt wieder ausgelesen werden. Diese defekten Sektoren können mit speziellen Programmen als defekt markiert und aus der Benutzung herausgenommen werden. Bei den meisten Betriebssystemen werden entsprechende Programme mitgeliefert. Wer sich damit und mit den dahinter stehenden technischen Zusammenhängen nicht gut auskennt, sollte diese Arbeit aber besser einem Fachmann überlassen.

Hier einige Beispiele, die Ihnen helfen können ein Festplattenproblem zu diagnostizieren.

Head-Crash
Defekte Schreib-/ Leseköpfe
Defekter Festplattenmotor
Schäden an Elektronik

Firmware – Probleme

Eine weitere Ursache für Probleme mit einer Festplatte kann die sogenannte Firmware ( manchmal auch Mikrocode genannt) sein. Der Begriff kommt daher, dass Firmware ein Mittelding zwischen der Hardware (physische Teile) und der Software (Programme) darstellt. Das ist eine Software, die Grundroutinen zur Funktion des Gerätes enthält und vom Anwender nicht oder nur mit speziellen Werkzeugen geändert werden kann (sog. Firmware-Update).

Ursache für Probleme damit können Produktionsfehler, mechanische Probleme oder elektronische Fehlfunktionen sein. Als Folge davon wird eine Festplatte im BIOS ihres Computers nicht korrekt oder gar nicht mehr angezeigt oder der Zugriff auf die Festplatte ist überhaupt nicht mehr möglich

Head Crash

Was versteht man unter einem Headcrash?

Wie der englische Name schon sagt, ist ein Headcrash ein Zusammenstoß mit dem Schreib- und Lesekopf. Bei einer Festplatte passiert so etwas, wenn der Schreib/Lesekopf die Plattenoberfläche berührt. Im Normalbetrieb erzeugt der dynamische Auftrieb nach Bernoulli eigentlich ein dünnes Luftpolster zwischen dem Kopf und der schnell rotierenden Platte. Bedingt durch Verschleiß, Erschütterungen oder starke Temperaturänderungen kann der Kopf aber trotzdem die Platte berühren, wobei die Plattenoberfläche an der Berührungsstelle mechanisch beschädigt wird.head_crash_kl

Bei einer solchen mechanischen Berührung gehen fast immer Daten verloren. Im günstigsten Fall sind nur Sektoren betroffen, die nur Format – Informationen, aber keine echten Daten enthielten. Aber auch dann sollte man in jedem Fall sofort alle Daten auf einen sicheren Datenträger überspielen und die betroffene Festplatte gegen eine neue austauschen. Eine Platte, die einmal einen Headcrash hatte, sollte auf keinen Fall mehr eingesetzt werden, außer, um die darauf befindlichen Daten zu retten.

Moderne Festplatten, insbesondere solche, die für den Einsatz in transportablen Computern wie Notebooks, Laptops oder Webbooks eingesetzt werden sollen, haben seit einiger Zeit eingebaute Sensoren für plötzliche Beschleunigungen, die bei Erschütterungen oder zu starken Bewegungen des Notebooks die Köpfe in die Parkposition fahren, um einen Headcrash zu vermeiden.

Kann man die Daten nach einem Headcrash noch retten?

In der Regel sind die Daten einer Platte nach einem Headcrash verloren. Die Bereiche der Platte, in dem der Schreib- und Lesekopf aufgesetzt hat, sind absolut nicht mehr lesbar. Hinzu kommt, dass kleine Teilchen des Materials, die durch den Headcrash von der Oberfläche der Platte abgelöst wurden, frei im Gehäuse der Festplatte umherfliegen und sowohl die Plattenoberfläche als auch die Schreib- und Leseköpfe weiter beschädigen können.

Wenn wichtige Daten auf der Platte unbedingt gerettet werden müssen, kann dies von auf solche Probleme spezialisierten Unternehmen versucht werden. Dazu ist es besonders wichtig, dass die Platte nach Auftreten des Fehlers nicht mehr weiter betrieben wird, da das die Erfolgschancen drastisch reduziert. Eine solche Datenrettung nach einem Headcrash gehört auch für eine auf Datenrettung spezialisierte Firma zu den anspruchsvollsten Tätigkeiten und kostet je nach Aufwand einige hundert bis mehrere tausend Euro. Es können auch nicht immer alle Daten rekonstruiert werden, was in dem Bereich stand, wo der Kopf aufgesetzt hat, ist in jedem Fall unrettbar verloren.

S.M.A.R.T.

Wofür wird S.M.A.R.T. genutzt?

S.M.A.R.T. ist ein System zur Selbstüberwachung, Analyse und Meldung, das standardmäßig in alle magnetischen Festplatten eingebaut wird. Damit können alle wichtigen Parameter im Betrieb überwacht und drohende Defekte bis hin zum Ausfall in vielen Fällen rechtzeitig erkannt und dem Benutzer gemeldet werden.

Die Analyse der Festplatten-Daten wird sofort beim Start des Rechners durchgeführt. Gesteuert wird der Vorgang durch das entsprechend konfigurierte BIOS des Rechners oder aber durch ein Zusatz – Programm, das beim Start des Rechners dazu geladen wird. Das S.M.A.R.T. – System richtet sich bei seinen Meldungen an den von den Festplattenherstellern festgelegten Grenzwerten für die einzelnen überwachten Parameter des Laufwerks wie Temperatur oder Laufleistung aus.

Das Gesamtsystem wird durch den Einsatz von S.M.A.R.T. nicht langsamer, weil ja nur eine Protokollierung stattfindet und keine Korrekturen versucht werden. Es gibt zwar in der Festplatte auch Korrektur – Mechanismen bei einigen Bedingungen wie zum Beispiel Erschütterungen, aber die gehören nicht zu den S.M.A.R.T. – Funktionen.

Obwohl man die entsprechenden Einstellungen im Computer finden kann und es sogar im Standard so vorgesehen ist, kann man S.M.A.R.T. nicht abschalten. Die Laufwerke ignorieren die entsprechenden Kommandos. Die Platten bestätigen die Funktion dann zwar als deaktiviert, die Protokollierung geht aber dennoch einfach weiter. Die dabei von S.M.A.R.T. erzeugten Daten werden in einem Bereich der jeweiligen Festplatte abgelegt, auf den das Betriebssystem und damit der Benutzer nicht zugreifen kann.

Wo liegen die Grenzen von S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. macht im Grunde genommen nur Aussagen über die einzelne Festplatte. Die Daten von vernetzten Festplatten werden nicht zueinander in Bezug gesetzt. Es gibt auch keine Norm zu S.M.A.R.T., so dass jeder Festplattenhersteller für seine Produkte selbst entscheidet, welche Parameter in welchen Grenzen dem Monitoring unterliegen.

Oft wird auch berichtet, dass die Genauigkeit der ermittelten Daten unzureichend ist. Dabei geht es zum Beispiel um Temperatur – Fühler, die ungünstig platziert oder eingestellt sind und beim Systemstart signifikant unter der Raumtemperatur liegen. Auch bei Überläufen einzelner Parameter wie zum Beispiel der Gesamtlaufzeit, kann man die Tatsache, dass ein Überlauf stattgefunden hat, in keiner Weise feststellen.

Eine von Google im Jahr 2006 durchgeführte Langzeitstudie über 9 Monte mit 100.000 Festplatten ergab, dass bei Berücksichtigung aller Parameter zwei Drittel der Festplattenausfälle vorhersagbar waren.

Ein weiteres interessantes Ergebnis der Google – Studie war, dass die Laufleistung einer Festplatte nur wenig Einfluss auf die Haltbarkeit hat. Wenn das erste Laufjahr überstanden ist, spielt der Leerlauf in den nächsten vier Jahren kaum noch eine Rolle.

Wenn Sie eine S.M.A.R.T. – Fehlermeldung bekommen, sollten Sie sofort darauf reagieren, ansonsten können die Schäden gerade bei physikalischen Ursachen schnell zu groß werden, um die Daten noch zu retten!

RAID-Systeme

Was sind RAID – Systeme?

Der Begriff RAID bedeutet wörtlich „redundant array of independent disks“. Unter RAID – Systemen versteht man eine redundant verknüpfte Gruppe von Festplattenlaufwerken, die so betrieben werden, dass sie nach außen wie ein Laufwerk erscheinen. Dieses logische Laufwerk hat eine größere Datensicherung als Einzellaufwerke oder aber einen höheren Datendurchsatz. In der Praxis kommen RAID0, RAID1 und RAID5 am häufigsten vor.

RAID0

RAID0 wird auch „striping“ (Aufteilung in Streifen) genannt. Dabei werden die Daten auf die physikalischen Festplatten aufgeteilt und jede der Festplatten mit einem gleichen Anteil der Daten beschrieben. Dadurch können alle beteiligten Festplatten gleichzeitig beschrieben bzw. bei Lesevorgängen ausgelesen, und die Datentransfers werden in dem Maße schneller durchgeführt, wie Festplatten beteiligt sind. RAID0 erhöht nur die Geschwindigkeit, nicht die Datensicherheit.

Fehler passieren bei RAID0 in aller Regel dadurch, dass eine der beteiligten Festplatten einen Defekt bekommt. Da RAID0 keine Redundanz hat, werden zum Retten der Daten alle Festplatten benötigt. Deshalb ist die Datenrettung bei dem nur auf Geschwindigkeitsvorteile angelegten RAID0 am schwierigsten.

RAID1

RAID1 wird auch „mirroring“ (Spiegelung) genannt. Dabei wird der Inhalt einer Festplatte auf mindestens eine weitere Platte gespiegelt. Auf diese Art und Weise erzielt man volle Redundanz der Daten. Dabei ist die nutzbare Kapazität so gross, wie die kleinste der beteiligten Festplatten. Sollten einer der Festplatten des Arrays ausfallen, kann man alle gespeicherten Daten von einer der gespiegelten Platten wieder auslesen.

Dabei ist es aber besonders wichtig, das Problem zu erkennen, bevor der Fehler durch den Mechanismus der Spiegelung auch auf die zweite Platte kopiert worden ist. Deshalb ist die Plattenspiegelung mit RAID1 auch kein Ersatz für die Datensicherung.

RAID5

RAID5 bietet sowohl einen erhöhten Datendurchsatz als auch Redundanz der Daten und ist deshalb die beliebteste Form des RAID – Arrays. Dazu sind allerdings mindestens 3 physikalische Festplatten nötig, bei mehr als vier Festplatten nutzt man die Vorteile vollständig. Um die nutzbare Kapazität zu errechnen reduziert man die Anzahl der beteiligten Festplatten um ein und multipliziert die Kapazität der kleinsten Festplatte damit. So ergibt sich für ein RAID – Array mit 4 Platten zu je 80 GByte eine nutzbare Kapazität von ( 4 – 1 ) x 80 =240 GByte.

Das wichtigste bei der Datenrettung von einem RAID5 – Array ist das Herausfinden der Parameter des RAID-Systems wie Stripe Size, Drive Offset, Direction of Rotation und Drive Order. Falls mehr als eine Platte defekt sind, muss erst eine dieser defekten Platten wieder hergestellt werden.

Datensicherung mit CD und DVD

Die technischen Grundlagen der optischen Speichermedien

Währen die Daten auf Festplatten magnetisch gespeichert werden, geschieht die Speicherung von Daten bei CDs und DVDs optisch. Die Medien selbst bestehen aus Polycarbonat, die Daten tragende Schicht aus einer Legierung, deren Struktur polykristallin ist und die dadurch Licht reflektiert. Beim Schreiben von Daten auf diese Schicht wird die Legierung durch den auf Maximalleistung geschalteten Laser auf eine Temperatur von über 500° Celsius gebracht. Dadurch geht das Material in einen amorphen Zustand über und verliert so seine reflektierende Eigenschaft.

Die so geschriebenen Datensenken (Pits) können durch die im Verhältnis zu den umgebenden Flächen (Lands) unterschiedlich starke Reflektion über den Lesekopf wieder ausgelesen werden. Bei den mehrfach beschreibbaren Medien erfolgt vor dem erneuten Beschreiben des Mediums eine Löschung durch Erhitzung der amorphen Bereiche auf 200° Celsius, wodurch diese wieder polykristallin und damit reflexionsfähig werden.

Anders als bei den Festplatten werden die Daten auf einer CD oder DVD in einer einzigen Spiralspur geschrieben, die von innen nach außen über die gesamte Oberfläche der CD bzw. DVD verläuft.

Die Sicherheit der Daten auf CDs und DVDs

Unter dem Einfluss von Licht und Temperatur geht der Reflexionskontrast aber nach einiger Zeit deutlich zurück. Irgendwann kann man die CD bzw. DVD dann nicht mehr auslesen. Eine Rettung der Daten mit speziellen Werkzeugen ist aber in aller Regel noch möglich.

Bei diesen optischen Medien kommt es aber auch zu Korrosionserscheinungen, die meistens durch atmosphärische Einflüsse ausgelöst werden. Oxidation, also die Verbindung mit Sauerstoff, ist die Hauptursache für Korrosion bei optischen Datenträgern, Die Rettung von Daten, die auf korrodierten CDs oder DVDs gespeichert sind, ist in der Regel extrem aufwändig oder gar nicht mehr möglich.

Ein weiteres Problem bei den optischen Datenträgern ist ihre Empfindlichkeit bei mechanischen Beschädigungen wie zum Beispiel Kratzern auf der Oberfläche des Mediums. Sind diese Beschädigungen auf der nicht bedruckten Unterseite aufgetreten, ist die Rettung der Daten in aller Regel noch möglich. Bei solchen Beschädigungen auf der Oberseite, in die die Pits gebrannt wurden, kann man die Daten in den meisten Fällen nicht mehr retten. Bei den doppelseitigen Rohlingen kann es auch passieren, dass die Klebeverbindung auseinander geht. Dann ist bei diesen Rohlingen auch keine Datenrettung mehr möglich.

Fazit

Zusammenfassend muss man feststellen, dass CDs und DVDs durch die beschriebenen Probleme recht unsichere Medien sind. Deshalb sind sowohl CDs als auch DVDs für die Sicherung Ihrer Daten und für die Langzeit – Archivierung nicht geeignet.

SSD Speicher

Ein SSD (Solid State Disk) ist der Nachfolger der herkömmlichen Festplatte – ein Flash-Basierte Speichermedium, das zum Speichern nicht auf das magnetische Prinzip der Festplatte setzt, sondern auf die Flash-Technologie.

Im Vergleich mit Festplatten hat SSD zwar eine geringere Kapazität, ist aber beim Schreib- und Lesezugriff schneller und verbraucht deutlich weniger Energie. In Zukunft soll sich die Geschwindigkeit und die Kapazität noch mehr steigern.

Bei der Widerbeschreibbarkeit hat sich in der letzten Zeit auch viel getan. Im Gegensatz zu Flash-Karten bei denen die Schreibzyklen auf 0.1-5 Millionen begrenzt sind, was für eine Festplatte nicht ausreichend wäre, haben die modernen SSD nahezu unbegrenzte Widerbeschreibbarkeit und übertren damit die Lebensdauer einer Festplatte.

Ein weiterer Vorteil ist, dass SSD keine beweglichen Teile besitzt, die durch Erschütterung in Berührung kommen können und so einen Datenverlust verursachen könnten.

Eine Übergangslösung stellt eine Hybridfestplatte (HHD) dar, die eine herkömmliche Festplatte mit einem Flash-Speicher kombiniert.

Der größte Nachteil ist gegenwärtig der Preis von SSD, was sich aber mit steigender Nachfrage sehr schnell ändern kann.

Flash Memory

Flash-Karten und USB-Sticks

sind heutzutage viel verbreitete Speichermedien.

Zu diesem Typ gehören alle Speicherkarten, USB Sticks, SD Karten, MMC Karten, Mini und Micro SD Karten, RS – MMS karten, Memory Sticks und Memory Sticks Duo, Smart Media und andere.

Als Vorteil kann man die kompakte Bauweise sowie mittlerweile eine hohe Kapazität und Geschwindigkeit von Flash-Karten nennen.

Leider sind der Flash-Basierte Speicher relativ unzuverlässig. Das liegt einerseits daran, dass die Anzahl von Schreibzyklen bei diesen Medien begrenzt ist. Laut Herstellern liegt die Zahl im Bereich von 1000 bis 100000 Schreibzyklen. Andererseits gibt es bei so einer kompakten Bauweise kaum eine Möglichkeit bei einem Datenverlust den Speicher zu reparieren.

Unsere Empfehlung: Die Daten auf einem USB-Stick oder Speicherkarte nur zeitlich zu speichern und für Sicherungskopien andere Speichermedien zu benutzen.

Partition-IDs

Viele Programme benutzen die Partition-ID aus der Partitionstabelle, um das Dateisystem einer Partition auf einfache Weise zu ermitteln.

partitionstabelle_kl

Auf dem Bild sind drei Partitionen mit NTFS-Formatierung (07h) dargestellt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wichtigsten Partition-IDs aufgelistet:

 ID System ID System ID System  ID System
01 FAT 12bit 02 Xenix 03 Xenix 04 FAT 16bit<32M
05 Erweitert 06 FAT 16bit > 32M 07 HPFS od. NTFS 0A OS/2 Boot Man.
0B FAT32 0C FAT32 LBA 0E FAT 16bit LBA 0F Erweitert LBA
1* Versteckt 21 Paragon 3C PartitionMagic 42 Dynamisch**
44 GoBack 45 Boot-US 63 UNIX 64 Novell
82 Linux swap 83 Linux native 85 Linux erweitert 93 Linux versteckt

 

 

 

 

 

 

* Durch addieren von 10h auf die PartitionsID wird die Partition als versteckt markiert, z.B. 1B für eine versteckte FAT32 Partition.

** Dynamische Datenträger werden nicht in die Partitionstabelle eingetragen und können sich über mehrere physickalische Datenträger erstrecken.

 

MBR – Was ist das?

Der Master Boot Record (MBR) befindet sich immer am Anfang jeder Festplatte im Zylinder 0, Head 0, Sektor 0. Die wesentlichen Bestandteile des MBR werden anhand vom Bild rechts erläutert. (Bitte klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern).mbr_gr

Der MBR ist immer 512 Byte groß (entspricht der Größe eines Sektors) und beinhaltet Startprogramm (max. 446 Byte), das beim Booten als erstes ausgeführt wird und die Partitionstabelle (vier Einträge je 16 Byte), in der die Lage und die Größe jeder Partition gespeichert ist. Die letzten zwei Bytes dieses Sektors müssen “55AA” lauten, damit es als MBR erkannt wird. Sollte das nicht der Fall sein, wird eine Fehlermeldung angezeigt, dass die MBR-Signatur nicht gefunden wurde. Das Booten wird unterbrochen.

Die Hauptaufgabe des Startprogramms besteht darin, die aktive Partition (im Beispiel unter der Adresse 0x1BE) und deren Startsektor (im Beispiel die Adressen 0x1C6 bis 0x1C9) aus der Partitionstabelle zu ermitteln, damit das Booten des Betriebssystem aus dieser Partition beginnen kann. Partitionsanfang und Partitionsgröße sind 4 Byte lang (entspricht 32 Bit). Das ermöglicht Partitionsgrößen bis zu 2 TByte und Festplattengrößen bis zu 4 TByte.

Die Reihenfolge der Partitionen in der Partitionstabelle muss nicht der physikalischen Reihenfolge auf der Festplatte entsprechen.

Tools für Diagnose und Reparatur von Festplatten

Conner: s. Seagate

Fujitsu

SDIAG für SCSI, FC and SAS HDD

FJDT für Fujitsu IDE und SATA Festplatten

Excelstor: s. Hitachi

Hitachi

Drive Fitness Test unterstützt SCSI, IDE and SATA-Festplatten

IBM: s. Hitachi

Maxtor: s. Seagate

Quantum: s. Seagate

Samsung

ES-Tool unterstützt alle Samsung-Festplatten

Seagate

SeaTools für IDE und S-ATA Festplatten

Toshiba

Ontrack Data Advisor® unterstützt IDE, SATA und SCSI Laufwerke

Western Digital

Data Lifeguard für Festplatten mit einer Modellnummer ab WDxxx