本页使用了标题或全文手工转换

磁盘碎片

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索
磁盤碎片及碎片整理的可视化表示

计算领域,文件系统碎片英语:File system fragmentation,或称磁盘碎片文件系统老化)是文件系统将文件内容非连续排列以允许就地修改其内容的后果,亦是碎片化的一个特例。磁盘碎片会增加磁盘磁头移动的频率,即增加了寻道时间,这会降低磁盘读写性能,进而影响操作系统软件的性能。另外,文件系统不能承受无限制的碎片。对现有碎片的更正称为碎片整理,是将文件和可用空间重新组织为连续区域的过程。

现代计算机中的固态硬盘(SSD)不是真正的磁盘,也不是“旋转的”,所以没有磁盘碎片的问题。事实上,对这些驱动器进行碎片整理反而会缩短它们的使用寿命。

原因[编辑]

分区首次初始化文件系统时,它只包含一些小的内部结构,其他区域则是一个连续的空白区块。[a] 这意味着文件系统能够将新创建的文件放置在分区的任何位置。在文件系统被创建后的一段时间内,其中的文件布局近乎最佳。而当操作系统软件被安装或存档被解包时,单独的文件最终会按顺序生成,因此相关文件的位置彼此接近。

当已有文件被删除或截断时,将会产生新的可用空间;而当新数据被附加到现有文件时,通常不会在文件结束的地方重新开始写入,因为那里可能已经分配给了另一个文件。因此,必须分配新的磁盘空间片段。随着时间的推移,相同的因素使得自由空间以及频繁附加的文件变得碎片化。可用空间变短也意味着文件系统不再能够为新文件分配连续空间,而必须将它们分解成碎片。当文件系统变满并且不存在大量连续的可用空间时尤其如此。

范例[编辑]

对自由空间碎片和文件碎片发生过程的简单示例

下面的例子是一个简化表示:

新硬盘有5个文件,将其分别命名为A、B、C、D、E,并按顺序连续保存。每个文件使用10个块空间。(在这个例子中,块的大小并不重要。)剩余的磁盘空间则是一个空闲块。因此,可以在文件E之后创建并保存附加文件。

類型[编辑]

在以下幾個層次上可能會出現文件系統碎片:

  • 各個文件中的碎片
  • 可用空間碎片
  • 訪問局部性減少,在獨立但相關文件之間

文件碎片[编辑]

可用空間碎片[编辑]

文件分散[编辑]

文件分割,也稱為相關文件碎片,或者應用程序級(文件)碎片,指缺乏引用的局部性(在存儲介質中)在相關文件之間。

消極後果[编辑]

對於消費級硬盤驅動器而言,磁盘碎片是個很嚴重的問題。因為增大差距在順序訪問速度和旋轉延遲英语rotational latency(以及較小程度上尋道時間)之間其上文件系統通常放置。[1]因此,碎片是在文件系統的研究與設計的一個重要問題。碎片的遏制不僅很大程度上依賴於文件系統在磁盤上的格式,而且還取決於它的實現。[2]相對於机械硬盘,文件系統碎片对固態硬盤造成的性能影響较小,因為不涉及機械尋道時間英语seek time[3]但是,文件系統需要儲存另一個元數據對於相對應的文件。每條元數據本身佔用空間,並且需要處理動力和處理器時間。如果達到碎片的最大極限,寫入請求失敗。

在簡單的文件系統基準測試中,往往省略了碎片因素,因為模拟現實的老化和碎片化是困難的。[4]

緩和[编辑]

防止碎片[编辑]

碎片整理[编辑]

注釋[编辑]

  1. ^ 一些文件系统,例如NTFSext2+,可能为了特殊目的预先分配空的连续区域。

參考文獻[编辑]

  1. ^ Kryder, Mark H. Future Storage Technologies: A Look Beyond the Horizon (PDF). Storage Networking World conference. Seagate Technology. 2006-04-03. (原始内容 (PDF)存档于17 July 2006). 
  2. ^ McVoy, L. W.; Kleiman, S. R. Extent-like Performance from a UNIX File System (PostScript). Proceedings of USENIX winter '91. Dallas, Texas: Sun Microsystems, Inc.: 33–43. Winter 1991 [2006-12-14]. 
  3. ^ Hanselman, Scott. The real and complete story - Does Windows defragment your SSD?. Scott Hanselman's blog. 3 December 2014. 
  4. ^ Smith, Keith Arnold. Workload-Specific File System Benchmarks (PDF). Cambridge, Massachusetts: Harvard University. January 2001 [2006-12-14]. (原始内容 (PDF)存档于2004-11-17).