MS和Linux下的磁盘碎片

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  磁盘碎片，更确切地应该称为文件系统碎片。按照引文(1)的linux官方资料，可分为外部碎片（external fragmentation）和内部碎片（internal fragmentation）。

　　内部碎片是怎么产生的呢？

　 　我们知道，文件系统以簇(cluster)作为基本存储单位来组织数据的。假设簇大小为4KB，一个大小不足1KB的文件也至少要分配一个簇，即4KB 的空间，这就浪费了大约3KB的磁盘空间，产生了3KB的内部碎片。这就是windows文件属性中的占用空间，包含内部碎片的空间。如果将簇大小设为 1Byte，那不就不会产生碎片了吗？理论上这是正确的，然而一则簇通常是扇区大小（一般为512Byte）的倍数，磁盘一般按照物理扇区进行数据读写， 所以这是不现实的。二则由于物理磁盘访问次数剧增，这会严重影响文件系统I/O性能。因此，文件系统设计都要在内部碎片和性能之间进行权衡，以取得时间和 空间上的整体最佳。内部碎片主要是造成磁盘空间的浪费，并且无法进行碎片整理，windows的磁盘碎片整理功能所整理的碎片不是这个碎片，而是外部碎 片。

   linux下的ext2和ext3是以块(block)为基本存储单位的，块的大小是可以调整的，默认是4K。 

　　外部碎片又是怎么产生的呢？

　　外部碎片就是我们通常所说的 windows碎片整理下的概念，它主要影响性能。外部碎片应该称为文件碎片，是由于文件被分散保存到整个磁盘的不同地方，而不是连续地保存在磁盘连续的 簇中形成的。文件碎片一般不会在系统中引起问题，但文件碎片 过多会引起系统性能下降，严重的还要缩短硬盘寿命，还有可能导致存储文件的丢失(对linux来说，外部碎片的存在，会导致文件读写时，磁盘寻址需要多花时间，影响性能。)。FAT文件系统非常容易产生文件碎片，这与文件系统所使用的数据结构有关。对于FAT来说，使用的是链式的结构来记录一个文件所使用的簇。这种方式有助于文件的动态增长，但却产生了碎片的问题。所有的文件都连续存放，因此只要任何一个文件大小变化，就可能产生碎片。于是很快磁盘就会变成很混乱，访问效率就会变低了。而对于ntfs,linux的ext2/3文件系统来说，它们采取在整个磁盘上存储文件，尽量保持单个文件连续存放。因此不易产生文件碎片，也就不需要碎片整理，只在文件系统利用率接近饱和时才需要，但一般情况下是不会发生的。

    外部碎片还有一种情况，那就是同一文件的块不连续。这种情况可以模拟，而且在磁盘满负荷下的多次读写也会导致这一情况。

    小结一下：

    1、windows系统下需要进行文件碎片整理，并且是对于FAT文件系统来说的，NTFS一般不需要。

    2、linux文件系统不需要进行文件碎片整理，估计也没人实现这样的工具。当然对FAT文件系统整理是一个例外。(ext2曾经有一个关于磁盘碎片整理的工具, ext3没有。ext4存在在线磁盘整理的功能，就是在mount的时候也可以对磁盘进行碎片整理。因此，linux下不是完全不存在碎片，而是存在碎片的可能性比较小。)

    3、文件碎片整理是对外部碎片来说的，内部碎片无法进行整理。（实现了片功能，也只是减少碎片所占的总磁盘空间，而不会避免内部碎片！）

( Aiguille.LIU / 刘爱贵, [e-mail])

参考文献：

[1]

    linux官方网站对碎片的解说

[2] http://geekblog.oneandoneis2.org/index.php/2006/08/17/why_doesn_t_linux_need_defragmenting 

    这篇文章通俗易懂地解说了为什么linux不需要碎片整理以及windows为什么需要碎片整理