Fehlerhafte Sektoren sind eine häufige Ursache für Datenverluste bei Speichergeräten. Sie werden im Allgemeinen nur mit Festplatten (HDDs) in Verbindung gebracht, obwohl sie konzeptionell ebenso für Solid-State-Laufwerke (SSDs) und andere Formen digitaler Speicher relevant sind.
In einer der größten jemals durchgeführten Studien überwachten Forscher insgesamt 1,53 Millionen Festplatten aus 30 verschiedenen Modellen über einen Zeitraum von 32 Monaten. Sie stellten fest, dass 3,5 % aller Laufwerke unlesbare fehlerhafte Sektoren entwickelten und, was noch wichtiger ist, dass diese Sektoren tendenziell in Clustern auftreten. Wenn Ihr Laufwerk also auch nur einen einzigen fehlerhaften Sektor entwickelt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass weitere fehlerhafte Sektoren auftreten, erheblich.
Dieser Leitfaden soll Ihnen helfen, genau zu verstehen, was ein fehlerhafter Sektor auf einer Festplatte bedeutet, warum Sektoren ausfallen und wie moderne Speichergeräte mit diesen Ausfällen umgehen.
Wir erklären Ihnen außerdem, was fehlerhafte Sektoren für Ihre Daten bedeuten, in welchen Fällen sie zu Datenverlust führen und ob bzw. wie Ihre Daten von einem Speichermedium mit fehlerhaften Sektoren wiederhergestellt werden können.
Was ist ein fehlerhafter Sektor?
Lassen Sie uns zuerst klären, was ein „Sektor“ bedeutet.
Ein Sektor ist die kleinste physische Speichereinheit auf einer Festplatte (Festplatte). Er dient als grundlegende „Einheit“, in der Daten organisiert, gespeichert und abgerufen werden. In einer Festplatte sind die Sektoren entlang konzentrischer Spuren auf den Platten des Laufwerks angeordnet.
Traditionell sind Sektoren 512 Byte groß, doch bei vielen modernen Festplatten mit hoher Speicherkapazität beträgt die Größe eines Sektors 4.096 Byte (4 KB). Sektoren dienen somit als feste „Adressen“ auf der Speicherfläche einer Festplatte und ermöglichen es dem Betriebssystem, Daten präzise von ihnen zu lesen und auf sie zu schreiben.
Eine vollständige Beschreibung der Struktur einer Festplatte finden Sie in unserer speziellen Wissensdatenbank zum Thema Festplattendesign.
Das Konzept eines Sektors gilt auch für SSDs.
Im zugrunde liegenden NAND-Flash-Speicher einer SSD ist die kleinste Einheit, die programmiert oder gelesen werden kann, eine „Seite“, die deutlich größer ist als ein HDD-Sektor und zwischen 2 KB und 16 KB liegt.
Im NOR-Flash-Speicher wird der Begriff „Sektor“ manchmal synonym mit „Block“ verwendet, um einen Löschblock zu beschreiben, der die kleinste physikalische Einheit darstellt, die gelöscht werden kann.
Wenn wir also von einem „SSD-Sektor“ sprechen, meinen wir technisch gesehen eine Seite oder einen Block.
Was ist ein fehlerhafter Sektor auf einer HDD?
Ein fehlerhafter Sektor auf einer Festplatte ist ein bestimmter Sektor, der für das Betriebssystem unlesbar oder unzugänglich geworden ist. Dies tritt auf, wenn die internen Fehlerkorrektursysteme des Festplattenlaufwerks die in diesem Sektor gespeicherten Daten nicht mehr zuverlässig abrufen oder aktualisieren können. Dies bedeutet auch, dass alle Informationen in diesem Sektor Gefahr laufen, dauerhaft verloren zu gehen.
Fehlerhafte Sektoren auf einer HDD können aus vielen Gründen entstehen, beispielsweise wenn ein mikroskopisch kleines Partikel oder ein Kratzer die dicht gepackten magnetischen Domänen stört, die zur Darstellung von Daten dienen. Darüber hinaus kann sich die Fähigkeit des Laufwerks, ein stabiles Magnetfeld aufrechtzuerhalten, mit der Zeit verschlechtern, was zu „Bit rot“ führt.
Festplatten sind empfindliche mechatronische Systeme, die mit Toleranzen im Submikrometerbereich arbeiten. Wenn also der Lese-/Schreibkopf auch nur geringfügig falsch ausgerichtet ist oder wenn es auf einer Platte zu einem „Kopfabsturz“ kommt, können die entsprechenden Sektoren dauerhaft beschädigt werden.
Fehler, die durch fehlerhafte Sektoren auf einer Festplatte verursacht werden, bedeuten nicht, dass das gesamte Laufwerk unbrauchbar ist. Der Großteil der Festplatte funktioniert möglicherweise weiterhin einwandfrei. Allerdings kann bereits ein einziger fehlerhafter Sektor auf einer Festplatte zu Dateibeschädigungen oder unerwartetem Datenverlust führen. Darüber hinaus ist dies ein Warnzeichen dafür, dass sich der Zustand der Festplatte möglicherweise verschlechtert.
Defekte Sektoren in Solid-State-Laufwerken (SSDs)
Während fehlerhafte Sektoren auf SSDs oft als „Bad Blocks“ bezeichnet werden, ist das zugrunde liegende Risiko ähnlich: Ein Teil des Speichermediums kann Daten nicht mehr zuverlässig speichern oder abrufen.
SSDs verwenden NAND-Flash-Speicher, der Daten als elektrische Ladungen in Floating-Gate-Transistoren speichert. Mit der Zeit beginnt sich die Tunneloxidschicht, die Elektronen einfängt, aufgrund wiederholter Programmier-/Löschzyklen (P/E-Zyklen) abzubauen.
Mit zunehmender Beschädigung verringert sich die Spannungsdifferenz zwischen dem „gelöschten“ und dem „programmierten“ Zustand. Infolgedessen kann der SSD-Verantwortliche auf dieser Seite oder in diesem Block nicht mehr zuverlässig zwischen 1en und 0en unterscheiden. Dies ist im Wesentlichen ein fehlerhafter Sektor auf einer SSD.
Warum sich fehlerhafte Sektoren auf Festplatten bilden: Hauptursachen
Fehlerhafte Sektoren sind ein zu erwartender Teil des Lebenszyklus jeder Festplatte und SSD. Selbst während der Herstellung ist es praktisch unmöglich, ein Speichermedium mit Millionen von Sektoren oder Blöcken herzustellen, das völlig frei von Fehlern ist.
Aus diesem Grund kann ein fehlerhafter Sektor bereits in einer Festplatte oder SSD vorhanden sein, bevor Sie das Gerät in Betrieb nehmen.
Solche Fehler werden als Primärfehler bezeichnet. Andere treten später aufgrund von Verschleiß, Unfällen oder Betriebsproblemen auf und werden als Sekundärfehler bezeichnet.
1. Primäre Fehler (Herstellungsfehler)
Primäre Defekte sind jene fehlerhaften Sektoren, die bereits im Werk identifiziert werden, bevor das Speichermedium zu Ihnen gelangt. Herstellungsfehler hinterlassen in der Regel mikroskopisch kleine Unvollkommenheiten in der magnetischen Beschichtung der Festplatte oder in der Siliziumstruktur der SSD-Flash-Zellen.
In jeder Fertigungsanlage gibt es Abweichungen bei der Montage der Komponenten (geringfügige Fehlausrichtungen oder Toleranzen bei der Konstruktion von Köpfen, Platten oder NAND-Chips), die zu fehlerhaften Sektoren auf dem Speichermedium führen können.
2. Erworbene Defekte (die sich im Laufe der Zeit entwickeln)
Erworbene Defekte treten auf, nachdem Sie das Gerät in Betrieb genommen haben, und nehmen mit der Nutzung weiter zu. Sie lassen sich in physische (harte) fehlerhafte Sektoren und logische (weiche) fehlerhafte Sektoren unterteilen.
Arten von fehlerhaften Sektoren
1. Physische (harte) fehlerhafte Sektoren
Diese werden durch physikalische Veränderungen oder Beschädigungen des Speichermediums verursacht. Einige häufige Ursachen sind wie folgt.
- Der Lese-/Schreibkopf kann aufgrund eines äußeren Aufpralls oder einer plötzlichen Bewegung physisch auf die rotierende Platte aufschlagen. Dies wird als „Head Crash“ bezeichnet und verursacht sofort einen oder mehrere fehlerhafte Sektoren.
- Staubpartikel oder interne Rückstände neigen dazu, sich zwischen dem Kopf und der Platte festzusetzen und die Oberfläche der Platte zu zerkratzen.
- Mechanischer Verschleiß führt zu einer allmählichen Verschlechterung der Fähigkeit eines Sektors, Daten zu speichern.
- Wenn eine Festplatte extremen Temperaturen (Hitze oder Kälte) ausgesetzt ist, können sich ihre Komponenten ausdehnen oder zusammenziehen, wodurch der Lesekopf falsch ausgerichtet wird, was zu einem unbeabsichtigten Kontakt mit der Platte führt.
- Bei Solid-State-Laufwerken nutzt sich die Tunneloxidschicht in NAND-Zellen durch häufige Schreib-/Löschzyklen ab, was zu einem dauerhaften Verlust der Speicherkapazität in den betroffenen Blöcken führt.
2. Logische (Soft-)Fehlerbereiche
Diese sind in der Regel das Ergebnis logischer Probleme, die sich darauf auswirken, wie Daten auf die Festplatte geschrieben oder dort verwaltet werden.
- Wenn die Stromversorgung während eines Schreibvorgangs plötzlich ausfällt, kann ein Sektor seine Aktualisierung möglicherweise nicht abschließen, was zu einer Datenbeschädigung führt, die durch den Fehlerkorrekturcode (ECC) nicht repariert werden kann.
- Bei einer HDD können Vibrationen oder leichte Erschütterungen dazu führen, dass der Lesekopf in der falschen Höhe oder Position schreibt (bekannt als „schwacher Schreibvorgang“ oder „Off-Track“), was bedeutet, dass Daten nicht zuverlässig zurückgelesen werden können.
- Firmware-Fehler oder Fehlfunktionen des Verantwortlichen können dazu führen, dass Sektoren fälschlicherweise als fehlerhaft oder unzugänglich markiert werden.
Wie werden fehlerhafte Sektoren erkannt?
Die Erkennung fehlerhafter Sektoren erfolgt in zwei wesentlichen Phasen.
- Zuerst während des Herstellungsprozesses (bekannt als Werksprüfung).
- Zweitens während des praktischen Einsatzes.
Werksprüfung auf fehlerhafte Sektoren
Hersteller von Speichermedien verwenden hochempfindliche Scansysteme, um die gesamte Speicherfläche jeder neuen Festplatte oder SSD zu prüfen, bevor diese zum Einsatz ausgeliefert wird. Jeder Sektor, der Daten nicht zuverlässig speichern und wiedergeben kann, wird als Primärfehler eingestuft.
Viele Hersteller stufen ihre Laufwerke anhand der Anzahl der gefundenen primären Defekte nach Qualität ein (z. B. A/B/C).
Auf Werksebene werden zwei Haupttechniken eingesetzt, um diese Sektoren zu beheben.
- Sektorverschiebung: Wird ein fehlerhafter Sektor gefunden, werden alle logischen Sektoren, die auf dieser Spur auf diesen Sektor folgen, um einen physischen Slot nach vorne verschoben. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass die sequenzielle Datenleistung konsistent bleibt und der defekte Bereich niemals genutzt wird.
- Sektor-Remapping: Wenn es in einer einzelnen Spur mehr Defekte als Ersatzsektoren gibt, ordnet der Verantwortliche die logische Adresse des defekten Sektors einem Ersatzsektor an einer anderen Stelle auf der Festplatte zu.
Dieser gesamte Prozess ist für den Benutzer transparent. Das bedeutet, dass diese umgeleiteten Fehler bei einem neuen Laufwerk für das Betriebssystem oder über Standardtools nicht sichtbar sind.
Es ist jedoch möglich, dass Benutzer nach Defekten suchen, die sich im praktischen Gebrauch entwickelt haben.
So überprüfen Sie HDDs/SSDs auf fehlerhafte Sektoren
Die geschützte Ansicht schränkt potenziell unsichere Dateien ein, stuft diese jedoch manchmal fälschlicherweise als unsicher ein. Durch vorübergehendes Deaktivieren können Sie feststellen, ob die Datei tatsächlich beschädigt ist.
1. Diagnosetools des Betriebssystems
- Unter Windows können Sie die Festplatte mit dem Dienstprogramm CHKDSK auf fehlerhafte Sektoren scannen. Es überprüft sowohl die Integrität des Dateisystems als auch – bei Ausführung mit den richtigen Flags – die physische Struktur auf unlesbare Sektoren.
- Unter macOS führt das Festplatten-Dienstprogramm ähnliche Oberflächen-Scans und Fehlerprüfungen durch.
2. S.M.A.R.T.-Überwachung
- Moderne Laufwerke verfügen über S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology), das detaillierte interne Statusdaten aufzeichnet.
- Sie können Software von Drittanbietern (wie z. B. CrystalDiskInfo) verwenden, um wichtige S.M.A.R.T.-Attribute wie die folgenden auszulesen
- Anzahl der neu zugewiesenen Sektoren (Attribut 5): Zeigt Sektoren an, die bereits gegen Ersatzsektoren ausgetauscht wurden.
- Anzahl der derzeit ausstehenden Sektoren (Attribut 197): Sektoren, die auf eine erneute Überprüfung oder Neuzuweisung warten.
- Anzahl der im Offline-Scan nicht korrigierbaren Sektoren (Attribut 198): Sektoren, die während der Selbsttests nicht wiederhergestellt werden konnten.
- Sollte einer dieser Werte regelmäßig ansteigen, sollten Sie Ihre Daten sichern, da das Laufwerk möglicherweise bald nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert.
3. Beobachtbare Symptome und Systemfehler
Das Vorhandensein fehlerhafter Sektoren kann durch bestimmte beobachtbare Symptome eines Ausfalls des Laufwerks angezeigt werden.
- Ungewöhnliche Geräusche, wie z. B. wiederholtes Klicken (auch als „Click of Death“ bekannt).
- Spezifische Fehlermeldungen wie:
- Windows hat ein Problem mit der Festplatte festgestellt.
- Datenfehler (zyklische Redundanzprüfung).
- Das Volume ist beschädigt. Bitte führen Sie chkdsk aus. / Fehler 0x80071ac3
Können Daten von einem Laufwerk mit fehlerhaften Sektoren wiederhergestellt werden?
Ja, Daten können von einem Laufwerk mit fehlerhaften Sektoren wiederhergestellt werden. Ihre Chancen hängen jedoch vom Schweregrad des Problems, der jeweiligen Speichertechnologie und davon ab, wie Sie vorgehen, sobald das Problem erkannt wurde.
Datenrettung von Festplatten
Wenn Sie eine herkömmliche Festplatte mit fehlerhaften Sektoren haben, ist eine Datenrettung in den meisten Fällen möglich.
- Wenn sich auf einer Festplatte ein fehlerhafter Sektor bildet, betrifft dies nur einen kleinen, isolierten Teil der Oberfläche des Laufwerks. Der Großteil der Benutzerdaten bleibt vollständig zugänglich.
- Moderne Festplatten nutzen fortschrittliche Firmware und Fehlerkorrektur, um Probleme zu kaschieren und es der Software für die Datenrettung zu ermöglichen, intakte Sektoren zu lesen, während problematische Sektoren übersprungen oder erneut versucht werden.
- Professionelle HDD-Datenrettungsdienste können spezialisierte Hardware-Imaging-Tools verwenden, die die Festplatte auf einer sehr niedrigen Ebene auslesen.
- Diese Tools können alle lesbaren Bereiche klonen, ein Sektor-für-Sektor-Image erstellen und mehrere kontrollierte Wiederholungsversuche um fehlerhafte Sektoren herum durchführen, um die maximale Datenmenge zu extrahieren.
- In Fällen, in denen sich Dateien sowohl über fehlerfreie als auch über fehlerhafte Sektoren erstrecken, können Spezialisten der Datenrettung Dateifragmente und Metadaten rekonstruieren.
- Wenn das Laufwerk Teil eines RAID-Arrays ist, ermöglicht die Redundanz die Wiederherstellung fehlender Daten anhand von Informationen anderer Festplatten.
Wichtig: Wiederholte Versuche, Reparaturtools für Endverbraucher (wie CHKDSK oder allgemeine Dienstprogramme zur „Reparatur fehlerhafter Festplattensektoren“) auszuführen, können die Situation verschlimmern. Aggressives Scannen kann den mechanischen Verschleiß beschleunigen oder logische Schäden verursachen, wodurch die Chancen auf eine Datenrettung sinken.
Wenn Sie Symptome wie eine steigende Anzahl neu zugewiesener Sektoren, wiederholte Schreibfehler oder die Unmöglichkeit, Dateien zu kopieren, bemerken, stellen Sie die Nutzung des Laufwerks ein und wenden Sie sich an den Stellar-Datenrettungs-Service, um Ihre Erfolgschancen zu maximieren.
Datenrettung von SSDs
Die Wiederherstellung von Daten aus fehlerhaften Sektoren auf einer SSD (technisch als „Bad Blocks“ bezeichnet) ist etwas komplexer, aber dennoch machbar.
Experten für professionelle SSD-Datenrettung können die NAND-Flash-Chips sicher entfernen und sie mit spezieller Hardware auslesen. Anschließend können sie die Daten mithilfe ihres fortgeschrittenen Wissens über Dateisysteme und die Flash-Translation-Layer (FTL) des Laufwerks manuell rekonstruieren.
Hinweis: Bei SSDs sind Zeit und Maßnahmen noch entscheidender als bei HDDs. Wenn Sie Datenverlust, fehlende Partitionen, SMART-Warnungen oder andere Anzeichen eines SSD-Ausfalls bemerken, erstellen Sie sofort ein Backup und wenden Sie sich an einen SSD-Dienst für Datenrettung.
Wann Sie professionelle Hilfe in Anspruch nehmen sollten
Sie sollten die Inanspruchnahme einer Dienstleistung für die Datenrettung in Betracht ziehen, wenn:
- Ihr Laufwerk eine steigende Anzahl fehlerhafter Sektoren meldet (wie aus den S.M.A.R.T.-Statistiken ersichtlich).
- Ihre Dateien verschwinden oder werden beschädigt.
- Ihr Laufwerk ist nun schreibgeschützt.
- Sie ungewöhnliche Geräusche (für Festplatten) hören.
Wenn Ihr System fehlerhafte Sektoren meldet, betrachten Sie dies als Warnung.
- Erstellen Sie umgehend ein Backup.
- Vermeiden Sie aggressive Reparaturtools.
- Schreiben Sie keine weiteren Daten auf das Laufwerk.
- Lassen Sie eine professionelle Begutachtung durchführen, wenn die Daten wichtig sind.
Denken Sie daran: Fehlerhafte Sektoren sind oft das zuerst sichtbare Anzeichen für ein ausfallendes Laufwerk. Wie Sie an dieser Stelle reagieren, entscheidet darüber, ob Ihre Daten wiederhergestellt werden können oder für immer verloren sind.
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