整理磁盤(pán)碎片

xiaoping 2006-02-22

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幾乎從硬盤(pán)誕生的時(shí)候開(kāi)始，磁盤(pán)碎片的概念就產(chǎn)生了。最初的磁盤(pán)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)了一個(gè)文件分配表，用來(lái)記錄哪些文件儲(chǔ)存在哪些扇區(qū)當(dāng)中，這樣就允許一個(gè)文件可以?xún)?chǔ)存在不連續(xù)的扇區(qū)當(dāng)中。

　　有了文件分配表，在操作系統(tǒng)上同一分區(qū)中移動(dòng)文件時(shí)，不必移動(dòng)儲(chǔ)存在扇區(qū)中的數(shù)據(jù)，只需修改文件分配表中的鏈接就可以了，刪除文件時(shí)也不必重寫(xiě)文件所在的扇區(qū)，只需將文件分配表中該文件所在的扇區(qū)標(biāo)記為空就可以了。

　　這樣的設(shè)計(jì)使得操作系統(tǒng)能夠更有效的利用磁盤(pán)空間，不過(guò)與此同時(shí)，也衍生出了一個(gè)新的概念—磁盤(pán)碎片。

扇區(qū)：硬盤(pán)中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的最小尋址單元，容量為512字節(jié)。后來(lái)又出現(xiàn)了簇的概念，它是扇區(qū)的擴(kuò)展。

文件分配表(FAT)：被廣泛應(yīng)用的組織和管理文件的文件系統(tǒng)。

磁盤(pán)碎片的產(chǎn)生

　　接下來(lái)，我們將通過(guò)下圖來(lái)了解兩種磁盤(pán)碎片產(chǎn)生的典型過(guò)程。為了直觀，我們將下面這幅硬盤(pán)結(jié)構(gòu)圖中的盤(pán)片部分簡(jiǎn)單的劃分成3磁道共18扇區(qū)。我們不打算去考慮每個(gè)盤(pán)片有上千條磁道、每條磁道有上千個(gè)扇區(qū)的情況，也不考慮柱面的概念，忽略簇的概念，省略一切有礙理解的東西，用最簡(jiǎn)單的圖，看清楚什么是磁盤(pán)碎片。

磁頭：用于讀取、寫(xiě)入、清除數(shù)據(jù)，是硬盤(pán)中技術(shù)含量最高的部件。在音圈馬達(dá)的帶動(dòng)下可沿Z移動(dòng)到各條磁道。
　　盤(pán)片：表面涂有可記錄磁性的物質(zhì)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在這幅圖片中，由灰色線(xiàn)將盤(pán)片劃分成了3條磁道，每條磁道又劃分出若干個(gè)單元格，這里每一個(gè)單元格代表一個(gè)扇區(qū)。
　　主軸：內(nèi)有軸承、馬達(dá)，可帶動(dòng)盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)。
　　音圈馬達(dá)：硬盤(pán)里的定位馬達(dá)，類(lèi)似于音頻揚(yáng)聲器里所用的馬達(dá)。

磁盤(pán)碎片產(chǎn)生的典型過(guò)程（例一）

圖中，系統(tǒng)正在向硬盤(pán)中寫(xiě)入一個(gè)文件，名為“椰子”，該文件體積較大，需要占用5個(gè)扇區(qū)的空間，因此要完全寫(xiě)入到硬盤(pán)當(dāng)中需要較長(zhǎng)的時(shí)間。磁頭從1號(hào)扇區(qū)開(kāi)始順時(shí)針?lè)较驅(qū)懭胛募?，?dāng)2號(hào)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入完時(shí)，硬盤(pán)接到了一條新的命令—寫(xiě)入文件“葡萄”，文件“葡萄”體積較小，只需占用1個(gè)扇區(qū)的空間，它被寫(xiě)入到了扇區(qū)3當(dāng)中。

　　這樣一來(lái)，由于3號(hào)扇區(qū)已經(jīng)被占用，文件“椰子”剩下的數(shù)據(jù)就要從4號(hào)扇區(qū)開(kāi)始寫(xiě)入，最后，剩下的數(shù)據(jù)被寫(xiě)入到了4至6號(hào)扇區(qū)。如圖，由于“葡萄”的插隊(duì)，文件椰子無(wú)法儲(chǔ)存在連續(xù)的扇區(qū)當(dāng)中，被分割開(kāi)的這兩段數(shù)據(jù)就被稱(chēng)為磁盤(pán)碎片。
磁盤(pán)碎片產(chǎn)生的典型過(guò)程（例二）

　　例一中的硬盤(pán)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用之后，內(nèi)部?jī)?chǔ)存的文件發(fā)生了一些變化：一個(gè)新文件“西瓜”被寫(xiě)入到了硬盤(pán)當(dāng)中，之后文件“葡萄”被刪除了。

這時(shí)，硬盤(pán)接到了寫(xiě)入文件“橘子”的命令，“橘子”需要占用3個(gè)扇區(qū)的儲(chǔ)存空間。如圖，現(xiàn)在硬盤(pán)中共有兩段不連續(xù)的可用空間，但任何一段單獨(dú)的可用空間都不足以容納整個(gè)“橘子”文件，不得已，“橘子”被拆分為兩部分寫(xiě)入硬盤(pán)剩余的可用空間中，從而產(chǎn)生了磁盤(pán)碎片。

例一中的情況在下載大文件時(shí)十分常見(jiàn)，因?yàn)橄螺d文件的過(guò)程不需要人為干預(yù)，所以一般人在下載文件的過(guò)程中都會(huì)做一些其它的事情。

　　如：瀏覽網(wǎng)頁(yè)、玩游戲等等。瀏覽網(wǎng)頁(yè)的過(guò)程中瀏覽器會(huì)產(chǎn)生大量的“Internet 臨時(shí)文件”，玩游戲的過(guò)程中游戲程序也可能會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)文件，或因內(nèi)存不足導(dǎo)致操作系統(tǒng)改變了頁(yè)面文件的大小，這些情況都可能如例一般影響下載中的文件，產(chǎn)生磁盤(pán)碎片。實(shí)際使用中往往一部電影文件被下載到硬盤(pán)中之后會(huì)有數(shù)千個(gè)磁盤(pán)碎片。

　　例二中的情況是在刪除了舊文件、添加新文件時(shí)發(fā)生的。通常情況下，系統(tǒng)會(huì)在對(duì)文件來(lái)說(shuō)足夠大的第一個(gè)連續(xù)可用空間上存儲(chǔ)文件。如果沒(méi)有足夠大的可用空間，系統(tǒng)會(huì)將盡可能多的文件保存在最大的可用空間上，然后將剩余數(shù)據(jù)保存在下一個(gè)可用空間上。

　　因此，除非擁有容量無(wú)限大的硬盤(pán)，否則，在有限的硬盤(pán)空間中進(jìn)行添加和刪除文件的操作就必然會(huì)有例二這種產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的情況發(fā)生。當(dāng)然，較實(shí)際需求大的硬盤(pán)空間可以減少這種情況的發(fā)生。

磁盤(pán)碎片的危害

　　通常，磁盤(pán)碎片并不影響硬盤(pán)的正常工作，它的主要危害在于會(huì)降低硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度，不過(guò)當(dāng)大量磁盤(pán)碎片存在于Windows的重要文件中時(shí)，也可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失。磁盤(pán)碎片會(huì)降低硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的原因來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面。

第一方面，觀察上圖，當(dāng)硬盤(pán)讀取文件“橘子”時(shí)，磁頭需劃過(guò)圖中的陰影區(qū)域，但其中有一部分并不是“橘子”所在的扇區(qū)，因此，和讀取連續(xù)的文件比起來(lái)，讀取碎片“橘子”時(shí)，硬盤(pán)增加了等待盤(pán)片旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的潛伏期和磁頭切換磁道所需的尋道時(shí)間。

　　同理，在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，也會(huì)因無(wú)法將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到連續(xù)的扇區(qū)中而降低速度。
另一方面是因?yàn)榫彺?，操作系統(tǒng)會(huì)在內(nèi)存中劃分一部分區(qū)域作為緩存，有些硬盤(pán)也會(huì)為內(nèi)置的緩沖區(qū)設(shè)置緩存功能，緩存的一項(xiàng)功能是“預(yù)取”：在硬盤(pán)讀取完指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)之后、接到系統(tǒng)的下一條指令之前，磁頭接著讀取相鄰的若干扇區(qū)的數(shù)據(jù)并存入緩存中，如果系統(tǒng)接下來(lái)所需的數(shù)據(jù)正好就是相鄰扇區(qū)的數(shù)據(jù)，那么便可以直接從緩存中讀取而不用磁頭再尋址，提高了訪(fǎng)問(wèn)速度。

　　緩存同樣可以增加硬盤(pán)的寫(xiě)入速度。在實(shí)際生活中，一般的文件都會(huì)占用成千上萬(wàn)個(gè)扇區(qū)的空間，根據(jù)緩存“預(yù)取”的原理，如果硬盤(pán)中的文件完全沒(méi)有磁盤(pán)碎片的話(huà)，那么“預(yù)取”的命中率就可以達(dá)到幾乎100%，但因?yàn)橛写疟P(pán)碎片，通?！邦A(yù)取”的命中率只在50%左右。

整理已經(jīng)存在的磁盤(pán)碎片

　　既然知道了磁盤(pán)碎片的危害，接下來(lái)就是要了解如何去除磁盤(pán)碎片。要去除硬盤(pán)中已經(jīng)存在的磁盤(pán)碎片，通常的做法是使用專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)碎片整理程序，它可以分析硬盤(pán)中的磁盤(pán)碎片，移動(dòng)并合并碎片文件，使每個(gè)文件都可以占用硬盤(pán)上單獨(dú)而連續(xù)的儲(chǔ)存空間。

使用Windows的磁盤(pán)碎片整理程序

對(duì)于使用Windows系統(tǒng)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行磁盤(pán)碎片整理是很方便的，因?yàn)樵赪indows系統(tǒng)中自帶了一個(gè)磁盤(pán)碎片整理程序，您可以通過(guò)開(kāi)始菜單運(yùn)行這個(gè)程序。該程序界面簡(jiǎn)單、使用十分方便，它和Windows系統(tǒng)的兼容性很好，而且免費(fèi)，是大多數(shù)人的第一選擇。它最大的缺點(diǎn)是整理磁盤(pán)碎片的速度較慢。

使用其它的磁盤(pán)碎片整理程序

　　除了使用Windows自帶的磁盤(pán)碎片整理程序外，我們還可以選用其他軟件公司開(kāi)發(fā)的磁盤(pán)碎片整理程序。這些軟件大都是收費(fèi)的，界面也通常是英文的，不過(guò)它們?cè)谡泶疟P(pán)碎片方面的能力是Windows的整理程序無(wú)法比擬的。
　　
一、Vopt XP

二、Norton Speed Disk

三、 O&O Defrag

四、Executive Diskeeper

五、PerfectDisk

以上五款磁盤(pán)碎片整理程序都是較為著名的，而且在網(wǎng)絡(luò)上可以找到它們的漢化補(bǔ)丁，通過(guò)漢化補(bǔ)丁可以將它們的界面漢化為中文。
　　
預(yù)防磁盤(pán)碎片的出現(xiàn)

　　磁盤(pán)碎片出現(xiàn)之后的整理畢竟是被動(dòng)的，雖然硬盤(pán)的使用過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)磁盤(pán)碎片，不過(guò)我們還是有很多方法可以減少磁盤(pán)碎片的出現(xiàn)。這里將要介紹的是最有效和常見(jiàn)的方法——通過(guò)合理的分區(qū)和分配文件預(yù)防磁盤(pán)碎片的出現(xiàn)。

C 盤(pán)里放什么文件

　　如果用硬盤(pán)性能測(cè)試軟件測(cè)試一個(gè)硬盤(pán)中的各個(gè)分區(qū)，會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，硬盤(pán)中的第一個(gè)分區(qū)C的性能最高，接下來(lái)依次是D、E、F……同一個(gè)硬盤(pán)中的各個(gè)分區(qū)為什么會(huì)有這種性能差距呢？請(qǐng)觀察下圖

圖中的硬盤(pán)盤(pán)片被劃分為3條磁道，每條磁道所包含的扇區(qū)數(shù)量并不相同，最外側(cè)的磁道包含8個(gè)扇區(qū)，中間的磁道有6個(gè)扇區(qū)，內(nèi)側(cè)的則只有4個(gè)扇區(qū)。
因此，盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)一周，磁頭在外側(cè)磁道可以讀取到八個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)，而在內(nèi)側(cè)磁道只能讀取到一半的數(shù)據(jù)，這就是性能差距的原因。在分區(qū)時(shí)，C盤(pán)總是從最外側(cè)磁道開(kāi)始劃分，因此C盤(pán)是硬盤(pán)中性能最好的分區(qū)。要將哪些文件儲(chǔ)存在這性能最好的分區(qū)之中是個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。

　　在上文中我們?cè)佑|過(guò)頁(yè)面文件，作為虛擬內(nèi)存的重要組成部分，頁(yè)面文件每天都要經(jīng)受無(wú)數(shù)次的讀寫(xiě)，在物理內(nèi)存容量不高的系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存的性能對(duì)系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。因此，將頁(yè)面文件放置在C盤(pán)中是我們的最佳選擇。

上文中曾經(jīng)簡(jiǎn)略提到過(guò)虛擬內(nèi)存是產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的重要原因，其實(shí)，雖然頁(yè)面文件每天會(huì)被無(wú)數(shù)次的讀寫(xiě)，不過(guò)這并不會(huì)產(chǎn)生磁盤(pán)碎片，頁(yè)面文件會(huì)產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的原因在于它的可變大小。

　　在日常使用中，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)負(fù)載，在預(yù)先設(shè)置的頁(yè)面文件最大值和最小值之間自動(dòng)改變頁(yè)面文件的大小，這種頻繁改變頁(yè)面文件大小的過(guò)程才是產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的原因。因此，在設(shè)置頁(yè)面文件大小時(shí)應(yīng)將最大值和最小值設(shè)置為相同的數(shù)值。

其它分區(qū)的管理

介紹完了頁(yè)面文件的安置，下面將介紹上文中曾經(jīng)提到過(guò)的另外兩項(xiàng)產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的要素：“Internet 臨時(shí)文件”和“臨時(shí)文件”。這兩種文件會(huì)使其它文件產(chǎn)生大量的磁盤(pán)碎片。默認(rèn)情況下，他們分別被儲(chǔ)存在“Temporary Internet Files”文件夾和“TEMP”文件夾中，和頁(yè)面文件一樣，它們的存儲(chǔ)位置也是可以改變的。

　　因此，優(yōu)化它們的方法就是將它們和其它的文件分開(kāi)，放置到一個(gè)單獨(dú)的分區(qū)當(dāng)中。

最后處理的是電影和音樂(lè)文件，這兩種文件通常體積較大，因此非常容易受其它文件的影響產(chǎn)生大量的磁盤(pán)碎片。用一般的下載軟件下載的話(huà)，一個(gè)500M的電影文件有5000個(gè)以上的磁盤(pán)碎片是常有的事。

　　不過(guò)，這兩種文件對(duì)讀取速度的要求都非常低，中等畫(huà)質(zhì)的電影文件的位率也不過(guò)就是500Kbps而已，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硬盤(pán)的讀取能力，因此，即使一個(gè)電影文件有5000個(gè)磁盤(pán)碎片，也不會(huì)對(duì)影片的正常播放產(chǎn)生絲毫的影響。

　　對(duì)于這些文件，我們將它們儲(chǔ)存在硬盤(pán)的最后一個(gè)分區(qū)當(dāng)中，同時(shí)給它們分配足夠多的空間，并且永遠(yuǎn)不用考慮對(duì)它們進(jìn)行磁盤(pán)碎片整理。

簇的大小

　　在文章的一開(kāi)始，介紹磁盤(pán)碎片的產(chǎn)生的時(shí)候，為了便于理解，忽略了簇的概念?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)理解了磁盤(pán)碎片的產(chǎn)生，是時(shí)候認(rèn)識(shí)簇的存在了。

　　硬盤(pán)誕生的時(shí)候，并沒(méi)有簇的概念，簇是隨著文件分配表的發(fā)展而產(chǎn)生的。

　　在沒(méi)有簇的時(shí)代，面對(duì)一個(gè)容量為360KB的磁盤(pán)，根據(jù)一個(gè)扇區(qū)的容量為512字節(jié)，就可以計(jì)算出這個(gè)磁盤(pán)一共有720個(gè)扇區(qū)。要記錄磁盤(pán)上每一個(gè)扇區(qū)的信息，這個(gè)磁盤(pán)上的文件分配表就應(yīng)當(dāng)至少有720條記錄。

　　事實(shí)上，那時(shí)在磁盤(pán)上使用的是12位的文件分配表，12位的含義是2的12次方，即4096，也就是說(shuō)，當(dāng)時(shí)在磁盤(pán)上使用的文件分配表有4096條記錄，最多可支持4096個(gè)扇區(qū)。根據(jù)扇區(qū)的容量計(jì)算可得：12位的文件分配表最大可支持2MB的磁盤(pán)空間。隨著硬盤(pán)技術(shù)的發(fā)展，12位的文件分配表很快就不夠用了，采用更大的16位文件分配表的同時(shí)，簇的概念產(chǎn)生了。

　　簇就是更大的扇區(qū)，它可以是一個(gè)扇區(qū)、也可以是2個(gè)、4個(gè)、8個(gè)等等，它究竟有多大是在高級(jí)格式化的時(shí)候決定的。把相鄰的若干個(gè)扇區(qū)組合起來(lái)就是一個(gè)簇，和扇區(qū)一樣，一個(gè)簇內(nèi)不允許存在兩個(gè)文件，因此當(dāng)儲(chǔ)存一段比單個(gè)簇的容量還要小的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)浪費(fèi)一些儲(chǔ)存空間。

　　網(wǎng)絡(luò)上一直流傳著一種奇怪的說(shuō)法，認(rèn)為較小的簇有助于減少磁盤(pán)碎片，提到這一點(diǎn)的文章都沒(méi)有對(duì)這個(gè)問(wèn)題作更深的解釋?zhuān)覀円矡o(wú)從得知這些文章的作者為何會(huì)這樣認(rèn)為。

　　從上文中兩種產(chǎn)生磁盤(pán)碎片的典型過(guò)程來(lái)看，磁盤(pán)碎片的產(chǎn)生與簇的大小并無(wú)直接關(guān)系。事實(shí)上，較大的簇可以減少硬盤(pán)中簇的總數(shù)，而簇的總數(shù)限制了碎片的總數(shù)。

　　舉例而言，假設(shè)一個(gè)硬盤(pán)中只有18個(gè)簇，那么這個(gè)硬盤(pán)中最多也只能產(chǎn)生18個(gè)碎片。而使用較小的簇則會(huì)增加出現(xiàn)更多磁盤(pán)碎片的可能性。因此，我們沒(méi)有理由相信較小的簇可以減少磁盤(pán)碎片。

　　當(dāng)硬盤(pán)中存在大量小文件時(shí)，較小的簇有助于節(jié)省一部分儲(chǔ)存空間。因此，從節(jié)約空間的角度考慮應(yīng)當(dāng)采用較小的簇，而從減少磁盤(pán)碎片的角度考慮則應(yīng)當(dāng)采用較大的簇。

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