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磁盘碎片

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磁盘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。

现代电脑中的固态硬盘(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。

类型[编辑]

在以下几个层次上可能会出现文件系统碎片:

  • 各个文件中的碎片
  • 可用空间碎片
  • 访问局部性减少,在独立但相关文件之间

文件碎片[编辑]

可用空间碎片[编辑]

文件分散[编辑]

文件分割,也称为相关文件碎片,或者应用程序级(文件)碎片,指缺乏引用的局部性(在存储介质中)在相关文件之间。

消极后果[编辑]

对于消费级硬盘驱动器而言,磁盘碎片是个很严重的问题。因为增大差距在顺序访问速度和旋转延迟英语rotational latency(以及较小程度上寻道时间)之间其上文件系统通常放置。[1]因此,碎片是在文件系统的研究与设计的一个重要问题。碎片的遏制不仅很大程度上依赖于文件系统在磁盘上的格式,而且还取决于它的实现。[2]相对于机械硬盘,文件系统碎片对固态硬盘造成的性能影响较小,因为不涉及机械寻道时间英语seek time[3]但是,文件系统需要存储另一个元数据对于相对应的文件。每条元数据本身占用空间,并且需要处理动力和处理器时间。如果达到碎片的最大极限,写入请求失败。

在简单的文件系统基准测试中,往往省略了碎片因素,因为模拟现实的老化和碎片化是困难的。[4]

缓和[编辑]

防止碎片[编辑]

碎片整理[编辑]

注释[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。

参考文献[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).