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불량 섹터

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목차

1. 개요

불량 섹터는 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)의 저장 공간에서 접근하거나 사용할 수 없는 섹터를 의미한다. 불량 섹터는 물리적 손상(하드 불량 섹터)이나, 전원 문제, 비트 부패, 펌웨어 문제 등으로 인한 논리적 손상(소프트 불량 섹터)으로 발생할 수 있다. 최신 드라이브는 예비 섹터를 활용하여 불량 섹터를 자동으로 대체하는 기능을 갖추고 있으며, 운영 체제는 파일 시스템 수준에서 불량 섹터를 표시하여 사용을 방지한다. S.M.A.R.T. 정보를 통해 불량 섹터 관련 정보를 확인할 수 있으며, 데이터 복구 시도도 가능하다.

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불량 섹터
불량 섹터 개요
설명디스크 드라이브에서 손상되었거나 결함이 있어 접근할 수 없는 저장 영역의 섹터
원인물리적 손상
논리적 오류
영향데이터 손실
시스템 불안정
드라이브 성능 저하
진단 도구CHKDSK (마이크로소프트 윈도우)
badblocks (리눅스)
fsck (유닉스)
물리적 불량 섹터
특징하드 드라이브 표면에 물리적인 손상이 발생한 경우
영구적인 손상으로 간주
복구 가능성이 낮음
원인제조 결함
물리적 충격
헤드 충돌
먼지 오염
정상적인 마모
논리적 불량 섹터
특징데이터 오류 또는 잘못된 정보로 인해 발생
물리적인 손상 없이 발생 가능
소프트웨어적으로 복구 가능
원인갑작스러운 전원 손실
소프트웨어 버그
바이러스 감염
부적절한 시스템 종료
불량 섹터 관리 및 복구
관리 방법불량 섹터가 발생하면 해당 영역을 사용하지 않도록 표시
운영체제는 해당 영역에 데이터를 기록하지 않음
복구 방법CHKDSK와 같은 도구를 사용하여 논리적 불량 섹터 복구 시도
물리적 불량 섹터는 복구가 어려우며, 드라이브 교체가 필요할 수 있음
주의사항중요한 데이터는 정기적으로 백업
불량 섹터 발생 시 즉시 점검 및 조치
추가 정보
관련 용어하드 디스크 드라이브 (HDD)
솔리드 스테이트 드라이브 (SSD)
데이터 복구
파일 시스템

2. 불량 섹터의 종류와 원인

불량 섹터는 섹터를 액세스할 수 없게 만드는 요인에 따라 "소프트"(논리적) 또는 "하드"(물리적)로 나뉜다.[1]

소프트 불량 섹터는 전원 손실, 비트 부패(특히 플로피 디스크에서 발생), 펌웨어 문제 등으로 인해 발생하며, 덮어쓰기를 통해 복구할 수 있다. 반면 하드 불량 섹터는 물리적 손상으로 인해 발생하며 복구가 불가능하다.[2][1] 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에서는 플래시 메모리 셀의 마모 또는 플래시 컨트롤러 오류로 인해 불량 섹터가 발생할 수도 있다.[3]

2. 1. 하드 불량 섹터

하드 불량 섹터는 물리적 충격, 제조 결함, 헤드 크래시, 먼지 유입, 마모 등으로 인해 발생하며 복구가 불가능하다.[2][1] 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)의 경우 플래시 메모리 셀의 마모 또는 플래시 컨트롤러 오류로 인해 발생할 수 있다.[3]

최근 하드 디스크 드라이브는 예비 섹터(대체 섹터)를 미리 가지고 있어, 일정 수의 불량 섹터를 교체하여 대처하는 메커니즘이 있다.[15] 이러한 교체는 OS 등의 시스템에서는 보이지 않으며 디스크가 자동으로 처리한다. 교체된 섹터는 P 리스트(Primary list)와 G 리스트(Grown list)의 두 종류로 기억된다.[16]

P 리스트는 제조 단계에서 발생한 불량 섹터의 리스트이다. 불량 섹터는 인접한 정상 섹터로 대체된다. P 리스트는 하드웨어에 구현되므로, 읽기 및 쓰기 동작 속도는 정상 섹터와 동일하다.

G 리스트는 공장 출하 후에 불량 섹터와 예비 섹터를 연결하기 위한 리스트이다. 섹터 대체 및 마크는 다음과 같은 흐름으로 수행된다.[17]

1. 일반적인 읽기에서 에러가 발생한 경우, 해당 섹터를 여러 번 다시 읽는다(재시도 처리).

2. 재시도를 통해 읽기에 성공하면, 해당 데이터를 같은 섹터에 덮어쓰기하여 영역을 리프레시하고, 다음 펜딩 섹터 처리로 진행한다.

3. 재시도를 통해 읽기에 실패하면, 불량 섹터로 마크된다.

4. 재시도를 통해 간신히 읽을 수 있었던 섹터를 대체 보류 중인 섹터(펜딩 섹터)로 등록한다.

5. 동시에 해당 데이터를 대체 섹터로 복사한다.

6. 다음 펜딩 섹터에 대한 읽기 접근이 있었을 경우, 펜딩 섹터와 대체 섹터의 데이터를 비교하여 확인한다.

7. 확인에 성공하면, 펜딩 섹터는 정상 섹터로 승격되고, 대체 섹터는 해제된다.

8. 확인에 실패하면, 펜딩 섹터는 불량 섹터로 강등되며, 이후 사용되지 않는다.

대체 섹터는 펜딩 섹터의 다음 섹터로 할 수 없다. 다음 섹터에는 유효한 데이터가 남아있을 가능성이 있기 때문이다. 이 때문에, 예비 섹터는 디스크의 마지막에 할당된다. 이는 데이터의 단편화를 일으키며, 리스트를 하드웨어상에 구현할 수 없는 경우도 있어, 읽기 및 쓰기 동작은 정상 섹터에 비해 느려진다.

2. 2. 소프트 불량 섹터

소프트 불량 섹터는 전원 손실, 비트 부패(특히 플로피 디스크에서 발생할 가능성이 높음), 펌웨어 문제 등으로 인해 발생하며, 디스크상의 형식이 오류 정정 코드로 수정할 수 있는 범위를 넘어 손상될 수 있다. 이러한 소프트 불량 섹터는 손상된 부분을 덮어쓰는 방식으로 복구할 수 있다.[1]

최근 하드 디스크 드라이브는 예비 섹터(대체 섹터)를 미리 가지고 있어, 일정 수의 불량 섹터를 교체하여 대처하는 메커니즘이 있다.[15] 이러한 교체는 OS 등의 시스템에서는 보이지 않으며 디스크가 자동으로 처리한다. 교체된 섹터는 P 리스트(Primary list)와 G 리스트(Grown list)의 두 종류의 리스트로 기억된다.[16]

  • P 리스트(Primary list): 제조 단계에서 발생한 불량 섹터의 리스트이다. 불량 섹터는 인접한 정상 섹터로 대체된다. P 리스트는 하드웨어에 구현되므로, 읽기 및 쓰기 동작 속도는 정상 섹터와 동일하다.
  • G 리스트(Grown list): 공장 출하 후에 불량 섹터와 예비 섹터를 연결하기 위한 리스트이다. 섹터 대체 및 마크는 다음과 같은 흐름으로 수행된다.[17]

1. 일반적인 읽기에서 에러가 발생한 경우, 몇 번이고 해당 섹터를 다시 읽어들인다(재시도 처리).

  • 재시도를 통해 읽기에 성공한 경우, 해당 데이터를 같은 섹터에 덮어쓰기하여 영역을 리프레시하고 다음 펜딩 섹터 처리로 진행한다.
  • 재시도를 통해 읽기에 실패한 경우, 불량 섹터로 마크된다.

2. 재시도를 통해 간신히 읽을 수 있었던 섹터를 대체 보류 중인 섹터(펜딩 섹터)로 등록한다.

3. 동시에 해당 데이터를 대체 섹터로 복사한다.

4. 다음 펜딩 섹터에 대한 읽기 접근이 있었을 경우, 펜딩 섹터와 대체 섹터의 데이터를 비교하여 확인한다.

  • 확인에 성공한 경우, 펜딩 섹터는 정상 섹터로 승격되고, 대체 섹터는 해제된다.
  • 확인에 실패한 경우, 펜딩 섹터는 불량 섹터로 강등되며, 이후 사용되지 않는다.


대체 섹터는 펜딩 섹터의 다음 섹터로 할 수 없다. 다음 섹터에는 유효한 데이터가 남아있을 가능성이 있기 때문이다. 이 때문에 예비 섹터는 디스크의 마지막에 할당된다. 이는 데이터의 단편화를 일으키며, 또한 리스트를 하드웨어상에 구현할 수 없는 경우도 있어, 읽기 및 쓰기 동작은 정상 섹터에 비해 느려진다.

3. 불량 섹터 처리

운영 체제와 디스크 컨트롤러는 불량 섹터를 감지하고 관리할 수 있다. 대부분의 파일 시스템은 운영 체제가 불량 섹터를 사용하지 않도록 표시하는 기능을 제공한다. CHKDSK(마이크로소프트 윈도우), 디스크 유틸리티(macOS), badblocks(리눅스) 같은 디스크 진단 유틸리티를 사용하여 불량 섹터를 찾을 수 있다.[6]

S.M.A.R.T. 지원 디스크 컨트롤러는 불량 섹터 관리를 담당한다.[6] Btrfs, ZFS 등 일부 새로운 파일 시스템은 불량 블록 회피 기능이 없다.[4]

디스크 컨트롤러 펌웨어는 불량 섹터를 발견하면 논리 섹터를 다른 물리 섹터로 다시 매핑(재매핑)한다. 이 과정은 데이터 손실 전에 미리, 시스템에 투명하게 이루어진다. 재매핑에는 P-LIST(공장 생산 시 매핑)와 G-LIST(사용 중 매핑) 두 가지 유형이 있다.[6]

S.M.A.R.T. 정보로 재할당된 섹터 수와 예비 섹터 수를 확인할 수 있다.[7] G-list 섹터에서 읽기/쓰기는 예비 섹터로 자동 리디렉션되므로 액세스가 느려진다. G-list가 가득 차면 저장 장치를 교체해야 한다.[8][9]

최근 하드 디스크는 예비 섹터(대체 섹터)를 가지고 있어 일정 수의 불량 섹터를 교체한다.[15] 교체된 섹터는 P 리스트와 G 리스트로 관리된다.[16] 예비 섹터가 모두 소진되면 디스크는 오류를 생성하고, 운영 체제는 소프트웨어적으로 불량 섹터를 표시한다.

3. 1. 운영 체제

운영 체제는 파일 시스템 수준에서 섹터를 불량으로 표시하여 해당 섹터를 사용하지 않도록 관리한다. 윈도우의 CHKDSK, macOS의 디스크 유틸리티, 리눅스의 badblocks와 같은 디스크 검사 유틸리티를 사용하여 불량 섹터를 검사하고 표시할 수 있다.[6]

Btrfs 및 ZFS와 같은 일부 최신 파일 시스템은 자체적인 불량 블록 회피 기능을 갖추고 있지 않지만, 디스크 컨트롤러의 기능을 활용한다.[4]

3. 2. 디스크 컨트롤러

최신 디스크 컨트롤러는 펌웨어 수준에서 불량 섹터를 감지하고 예비 섹터로 대체(재매핑)하는 기능을 제공한다.[6] 불량 섹터 재매핑은 P-LIST(제조 시)와 G-LIST(사용 중) 두 가지 방식으로 관리된다.[6] P-LIST는 제조 단계에서 발생한 불량 섹터 목록을, G-LIST는 사용 중에 발생한 불량 섹터와 예비 섹터를 연결하는 목록을 말한다.[16]

S.M.A.R.T. 정보를 통해 재할당된 섹터 수와 예비 섹터 수를 확인할 수 있다.[7] G-list가 가득 차면 저장 장치를 교체해야 한다.[8][9]

SCSI 명령 집합은 ATA보다 더 세분화된 불량 섹터 관리 기능을 제공한다. 사용자는 G-LIST를 읽고, 자동 재매핑 수행 여부를 제어하며, 수동으로 재매핑할 수 있다.[10]

G-LIST에 의한 불량 섹터 대체 과정은 다음과 같다.[17]

1. 일반적인 읽기에서 오류가 발생하면, 여러 번 재시도한다.

  • 재시도로 읽기에 성공하면 데이터를 같은 섹터에 다시 써서 리프레시하고, 다음 펜딩 섹터 처리로 넘어간다.
  • 재시도로 읽기에 실패하면 해당 섹터를 불량 섹터로 표시한다.

2. 재시도로 간신히 읽은 섹터는 대체 보류 중인 섹터(펜딩 섹터)로 등록한다.

3. 해당 데이터를 대체 섹터에 복사한다.

4. 다음 펜딩 섹터에 접근하면, 펜딩 섹터와 대체 섹터의 데이터를 비교한다.

  • 비교 결과가 일치하면 펜딩 섹터는 정상 섹터로 복구되고, 대체 섹터는 해제된다.
  • 비교 결과가 일치하지 않으면 펜딩 섹터는 불량 섹터로 처리되어 더 이상 사용되지 않는다.


대체 섹터는 펜딩 섹터 바로 다음 섹터가 될 수 없다. 예비 섹터는 디스크 마지막에 할당되므로 데이터 단편화가 발생하고, 읽기/쓰기 속도가 느려질 수 있다.

4. 불량 섹터 생성 및 확인

윈도우 프로그램인 ATATool은 섹터 오류 정정 코드(ECC) 데이터를 조작하여 의도적으로 "소프트" 불량 섹터를 만들 수 있다. 이는 디스크 유틸리티 및 디지털 포렌식 도구에서 불량 섹터 지원을 확인하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 10번 섹터를 불량으로 만들려면 다음과 같이 입력한다.[5]

`ATATOOL /BADECC:10 \\.\PhysicalDrive1`

hdparm은 이와 유사하게 작동하는 `--make-bad-sector` 명령어를 가지고 있다. 최신 드라이브의 경우, `WRITE_UNCORRECTABLE_EXT`를 사용하여 섹터를 불량으로 "표시"할 수 있다. 그러면 드라이브 컨트롤러는 읽기를 시도하지 않고 즉시 실패한다.[5]

5. 불량 섹터 발생 빈도

유럽 입자 물리 연구소(CERN)에서 2007년에 실시한 연구에 따르면, 하드 드라이브의 3.5%에서 불량 섹터가 발생했다. 이 연구는 30개 모델, 153만 개의 하드 드라이브를 32개월 동안 관찰하여 읽기 오류를 분석한 결과이다. 연구 결과, 불량 섹터가 있는 디스크에서 추가적인 불량 섹터가 발생할 가능성이 더 높았다. 불량 섹터는 공간적으로(10MB 이내) 그리고 시간적으로 군집화되는 경향을 보였다. 기업용 드라이브에서 SCSI 명령 집합을 사용하여 보고되는, ECC로 복구된 오류 또한 향후 불량 섹터 발생 가능성을 높이는 것으로 나타났다.[11]

6. 대한민국 현황 및 대응

대한민국에서는 하드 디스크, SSD, USB 메모리 등 다양한 저장 매체에서 불량 섹터 문제가 발생하고 있다. 불량 섹터 발생 시 S.M.A.R.T. 정보를 통해 모니터링하고, 데이터 백업을 통해 피해를 최소화해야 한다.

6. 1. 대응

S.M.A.R.T. 정보를 확인하여 불량 섹터 발생 여부를 모니터링하고, 중요한 데이터는 반드시 백업하여 불량 섹터로 인한 데이터 손실에 대비해야 한다. 불량 섹터가 발견되면, 제조사 또는 전문 복구 업체를 통해 데이터 복구를 시도할 수 있다. 소비자들은 불량 섹터 발생률이 낮은 제품을 선택하고, 제품 보증 기간 및 A/S 정책을 꼼꼼히 확인해야 한다.[1]

S.M.A.R.T. 기술은 여러 매개변수를 기반으로 하드 디스크의 상태를 모니터링할 수 있는데, 이 매개변수 중 하나(C5(197) - 현재 보류 중인 섹터 수)가 불량 섹터이며, 디스크에서 불량으로 표시된 섹터의 수를 나타낸다.[1]

7. 데이터 복구

물리적으로 손상된 섹터는 복구할 수 없다. 하지만 자기 코팅 마모 등이 원인인 경우에는 통계적 방법으로 섹터 내의 일부 또는 모든 정보를 복원할 수 있을 가능성이 있다. 데이터 복구 도구는 처음에 G-리스트(Grown list)에서 불량 섹터를 삭제하고, 이를 읽을 수 있도록 해야 한다. 이 방법은 간단하지 않다. 문서화되어 있지 않고, 제조사마다 다른 명령어를 사용해야 하기 때문이다.[15][16][17]

참조

[1] 웹사이트 Hard vs Soft Bad Sectors in HDD: Different Causes and Solutions https://www.datanume[...] 2018-03-02
[2] 웹사이트 Bad Sectors Explained: Why Hard Drives Get Bad Sectors and What You Can Do About It https://www.howtogee[...] How-To Geek 2017-07-05
[3] 웹사이트 Question - should i rma my 980 pro https://forums.tomsh[...] 2024-07-22
[4] 웹사이트 badblocks - Can btrfs track / avoid bad blocks? https://unix.stackex[...]
[5] 간행물 hdparm Linux
[6] 웹사이트 Bad Sector Remapping https://www.mjm.co.u[...] 2018-03-09
[7] 뉴스 Monitoring Hard Disks with SMART http://www.linuxjour[...] Linux Journal 2004
[8] 웹사이트 Encyclopedia https://www.pcmag.co[...] Ziff Davis
[9] 간행물 Information technology - AT Attachment 8 - ATA/ATAPI Command Set (ATA8-ACS), working draft revision 3f http://www.t13.org/D[...] ANSI INCITS 2006-12-11
[10] 웹사이트 INCITS 506-202x - Information technology - SCSI Block Commands - 4 (SBC-4) draft revision 22 https://standards.in[...] 2023-05-22
[11] 서적 Proceedings of the 2007 ACM SIGMETRICS international conference on Measurement and modeling of computer systems https://dl.acm.org/p[...] ACM 2012-06-09
[12] 웹사이트 ディスクの不良セクタについて知っておくべきこと https://recoverit.wo[...] 2023-01-05
[13] 웹사이트 chkdsk Microsoft Learn https://learn.micros[...] 2023-01-05
[14] 웹사이트 badblocks ArchWiki https://wiki.archlin[...] 2023-01-05
[15] 웹사이트 CrystalDiskInfo（クリスタルディスクインフォ）の情報の見方、使い方をご紹介 https://www.dospara.[...] 2023-01-05
[16] 웹사이트 HDDが壊れるまで（後編） https://eetimes.itme[...] 2023-01-05
[17] 웹사이트 不良セクタ・不良ブロックとはなにか https://hddbancho.co[...] 2023-01-05
[18] 웹인용 보관된 사본 http://www.mjmdatare[...] 2016-12-23
[19] 뉴스 pcmag.com encyclopedia http://www.pcmag.com[...]
[20] 인용 Information technology - AT Attachment 8 - ATA/ATAPI Command Set (ATA8-ACS), working draft revision 3f http://www.t13.org/D[...] ANSI INCITS 2006-12-11


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