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磁盘碎片整理原理

作者: Wes Miller,  出处:Microsoft, 责任编辑: 袁绍龙, 
2007-11-05 10:51
  只要存在硬盘,就会有磁盘碎片。如果您非常关注自己的系统,就应该定期对其进行碎片整理。除非您的计算机始终闲置不用,否则碎片会越来越多。稍后,我将向您演示如何进行碎片整理,但现在先让我们来稍微了解一下碎片整理的历史……

  只要存在硬盘,就会有磁盘碎片。如果您非常关注自己的系统,就应该定期对其进行碎片整理。就像我们要让牙医清洁牙齿一样,碎片整理也同样重要。除非您的计算机始终闲置不用,否则碎片会越来越多。稍后,我将向您演示如何进行碎片整理,但现在先让我们来稍微了解一下碎片整理的历史。

  碎片整理和 Windows NT

  Windows NT® 没有内置的碎片整理实用工具,当时人们普遍认为不需要这个工具。毕竟,NTFS 在构建时进行了优化,而且它不像 FAT 卷那样容易产生大量碎片。但是随着时间的推移,NTFS 性能也可能由于文件位置不佳而产生碎片。大量第三方碎片整理工具即应运而生。最受 IT 专业人员欢迎的一个产品是 Executive Software(现为 Diskeeper Corporation)的 Diskeeper 产品。Windows 2000 增加碎片整理功能后,Microsoft 从 Executive Software 获得了技术授权。Windows® 2000 碎片整理功能可从其自身的 Microsoft® 管理控制台 (MMC) 管理单元 (dfrg.msc) 运行,单击某个卷或手动从命令行中运行 defrag.exe 即可调用该管理单元。虽然这个内置版本无法进行日程安排且只能使用一些受限的命令行,但是许多 IT 专业人员仍创建功能脚本来使用它自动进行碎片整理。Windows XP 和 Windows Server® 2003 中的 defrag.exe 在早期版本的基础上做出了一些改进,但也只能提供有限的自动化 — 您仍需要编写脚本。

  许多供应商(包括我以前的雇主 Winternals Software),都开发了用于企业空间碎片整理的软件。其中大多数产品的工作原理都相同:使用集中式控制台、依赖于客户端系统(可能始终依赖,也可能只按需依赖)的某种类型的代理以及指示碎片整理任务运行时间和方法的结构。

  Windows Vista® 基本上仍采用单系统碎片整理,同时优化了碎片整理程序,还包括一些选项,如对小型文件碎片(64MB 或更小)进行碎片整理,此选项加快了碎片整理速度但会在磁盘上保留许多较大的文件碎片。与 Windows 以前版本相比,Windows Vista 和 Windows Server 2008 中的碎片整理引擎本身的功能更加强大。它还能自动运行而不需要手动安排运行时间。但是,如果您经营一个大型组织或希望采用默认情况下碎片整理不支持的方法来优化系统,可能仍需要使用第三方软件。在早期版本中,对于已启用 NTFS 压缩并且使用很频繁的卷,您可能无法对其进行碎片整理。在这种情况下,第三方工具可能有所帮助。

  碎片是如何产生的?

  随着时间的推移,文件会发生更改,进而就会产生碎片。理论上,Windows 文件自身不会发生更改,或者至少不会经常发生更改。实际上,只有在安装 Service Pack 和软件更新时,Windows 文件才会发生更改。否则,系统文件属于相对稳定。执行大型更新(如安装 Service Pack)后,由于通常无法覆盖磁盘上正进行更新的文件,所以自然会产生碎片,而且更新可能需要重新启动,这也会导致更多的碎片。

  另一方面,用户文件和数据(以及 Windows 注册表)都在不断变化。读取、写入、编辑、复制和删除文件都会导致大量碎片,尤其是在驱动器容量已满的情况下。

  为了形象地说明这种情况,请设想一个组织方式良好的磁盘,其中文件连续占据空间,而文件之间没有多余的空间。假设您打开了一个文件并对其进行编辑,然后试图保存。如果文件已增长,则 Windows 必须将文件完整地保存在磁盘的某个位置(假定在文件 N 后面),或将最新的数据保存在文件 N 后面。这意味着文件 2 现在非常零散。如果现在编辑文件 1,就会出现两个零碎的文件。随着时间的推移,如果一直重复此类过程,最终会得到一个非常零散的系统,其中驱动器需要查看多个位置才能访问单个文件。在大型数据库文件、用于虚拟计算技术的高成本硬盘文件以及一般磁盘中存储的各种视频和音频中,碎片很常见。当然,目前硬盘空间越来越大,碎片算不上大问题,但其影响始终存在。硬盘较小的旧便携式计算机的响应速度会变得越来越慢,打开和保存文件花费的时间也会越来越长。

  关键问题不在于系统的零碎程度,而在于单个文件的零碎程度。从看到第一个磁盘碎片整理程序以彩色视觉效果在屏幕中显示开始,用户就在想“我需要彩色实心块。”但实际上,那是您最不需要的东西。一些产品尝试使其磁盘显示为两个实心块 — 一种为彩色(文件数据),另一种通常为白色(可用空间)。遗憾的是,如果您希望尽可能降低碎片整理的频率和成本,对磁盘进行此操作是最糟糕的事情之一。当您继续对文件进行编辑时,如果已将所有文件数据强行压缩到磁盘的前面部分,并腾出了大量可用空间,则必须将所有这些编辑写入到文件数据的末尾,因此如果通过上述方式进行碎片整理,从下一次文件编辑开始您实际上已经导致了碎片的产生。良好的碎片整理不一定要产生两个经过组织的整齐文件数据块,而是产生一个未必完美的映像。有关进行碎片整理前测试系统的示例,请参阅图 1。然后,请参阅图 2 中 Windows 完成碎片整理后同一系统的状况。

  图 1 进行碎片整理前的驱动器状态

  图 1 进行碎片整理前的驱动器状态 (单击该图像获得较大视图)

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