幾乎從硬盤誕生的時(shí)候開始，磁盤碎片的概念就產(chǎn)生了。最初的磁盤操作系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)計(jì)了一個(gè)文件分配表，用來記錄哪些文件儲存在哪些扇區(qū)當(dāng)中，這樣就允許一個(gè)文件可以儲存在不連續(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)中移動文件時(shí)，不必移動儲存在扇區(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空間，不過與此同時(shí)，也衍生出了一個(gè)新的概念—磁盤碎片。
扇區(qū)：硬盤中儲存數(shù)據(jù)的最小尋址單元，容量為512字節(jié)。后來又出現(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)。
磁盤碎片的產(chǎn)生
接下來，我們將通過下圖來了解兩種磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程。為了直觀，我們將下面這幅硬盤結(jié)構(gòu)圖中的盤片部分簡單的劃分成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，用最簡單的圖，看清楚什么是磁盤碎片。
磁頭：用于讀取、寫入、清除數(shù)據(jù)，是硬盤中技術(shù)含量最高的部件。在音圈馬達(dá)的帶動下可沿Z移動到各條磁道。
盤片：表面涂有可記錄磁性的物質(zhì)，用于存儲數(shù)據(jù)。在這幅圖片中，由灰色線將盤片劃分成了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)，可帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)。
音圈馬達(dá)：硬盤里的定位馬達(dá)，類似于音頻揚(yáng)聲器里所用的馬達(dá)。
磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程 （例一）
圖中，系統(tǒng)正在向硬盤中寫入一個(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，因此要完全寫入到硬盤當(dāng)中需要較長的時(shí)間。磁頭從1號扇區(qū)開始順時(shí)針方向?qū)懭胛募?，?dāng)2號扇區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入完時(shí)，硬盤接到了一條新的命令—寫入文件“葡萄”，文件“葡萄”體積較小，只需占用1個(gè)扇區(qū)的空間，它被寫入到了扇區(qū)3當(dāng)中。
這樣一來，由于3號扇區(qū)已經(jīng)被占用，文件“椰子”剩下的數(shù)據(jù)就要從4號扇區(qū)開始寫入，最后，剩下的數(shù)據(jù)被寫入到了4至6號扇區(qū)。如圖，由于“葡萄”的插隊(duì)，文件椰子無法儲存在連續(xù)的扇區(qū)當(dāng)中，被分割開的這兩段數(shù)據(jù)就被稱為磁盤碎片。
磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程 （例二）
例一中的硬盤經(jīng)過一段時(shí)間的使用之后，內(nèi)部儲存的文件發(fā)生了一些變化：一個(gè)新文件“西瓜”被寫入到了硬盤當(dāng)中，之后文件“葡萄”被刪除了。
這時(shí)，硬盤接到了寫入文件“橘子”的命令，“橘子”需要占用3個(gè)扇區(qū)的儲存空間。如圖，現(xiàn)在硬盤中共有兩段不連續(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”被拆分為兩部分寫入硬盤剩余的可用空間中，從而產(chǎn)生了磁盤碎片。
例一中的情況在下載大文件時(shí)十分常見，因?yàn)橄螺d文件的過程不需要人為干預(yù)，所以一般人在下載文件的過程中都會做一些其它的事情。
如：瀏覽網(wǎng)頁、玩游戲等等。瀏覽網(wǎng)頁的過程中瀏覽器會產(chǎn)生大量的“Internet 臨時(shí)文件”，玩游戲的過程中游戲程序也可能會產(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)生磁盤碎片。實(shí)際使用中往往一部電影文件被下載到硬盤中之后會有數(shù)千個(gè)磁盤碎片。
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)會在對文件來說足夠大的第一個(gè)連續(xù)可用空間上存儲文件。如果沒有足夠大的可用空間，系統(tǒng)會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，除非擁有容量無限大的硬盤，否則，在有限的硬盤空間中進(jìn)行添加和刪除文件的操作就必然會有例二這種產(chǎn)生磁盤碎片的情況發(fā)生。當(dāng)然，較實(shí)際需求大的硬盤空間可以減少這種情況的發(fā)生。
磁盤碎片的危害
通常，磁盤碎片并不影響硬盤的正常工作，它的主要危害在于會降低硬盤的讀寫速度，不過當(dāng)大量磁盤碎片存在于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。磁盤碎片會降低硬盤讀寫速度的原因來自兩個(gè)方面。
第一方面，觀察上圖，當(dāng)硬盤讀取文件“橘子”時(shí)，磁頭需劃過圖中的陰影區(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，讀取碎片“橘子”時(shí)，硬盤增加了等待盤片旋轉(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，在寫入數(shù)據(jù)時(shí)，也會因無法將數(shù)據(jù)寫入到連續(xù)的扇區(qū)中而降低速度。
另一方面是因?yàn)榫彺妫僮飨到y(tǒng)會在內(nèi)存中劃分一部分區(qū)域作為緩存，有些硬盤也會為內(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，提高了訪問速度。
緩存同樣可以增加硬盤的寫入速度。在實(shí)際生活中，一般的文件都會占用成千上萬個(gè)扇區(qū)的空間，根據(jù)緩存“預(yù)取”的原理，如果硬盤中的文件完全沒有磁盤碎片的話，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)存在的磁盤碎片
既然知道了磁盤碎片的危害，接下來就是要了解如何去除磁盤碎片。要去除硬盤中已經(jīng)存在的磁盤碎片，通常的做法是使用專門的磁盤碎片整理程序，它可以分析硬盤中的磁盤碎片，移動并合并碎片文件，使每個(gè)文件都可以占用硬盤上單獨(dú)而連續(xù)的儲存空間。
使用Windows的磁盤碎片整理程序
對于使用Windows系統(tǒng)的用戶來說，進(jìn)行磁盤碎片整理是很方便的，因?yàn)樵赪indows系統(tǒng)中自帶了一個(gè)磁盤碎片整理程序，您可以通過開始菜單運(yùn)行這個(gè)程序。該程序界面簡單、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)是整理磁盤碎片的速度較慢。
使用其它的磁盤碎片整理程序
除了使用Windows自帶的磁盤碎片整理程序外，我們還可以選用其他軟件公司開發(fā)的磁盤碎片整理程序。這些軟件大都是收費(fèi)的，界面也通常是英文的，不過它們在整理磁盤碎片方面的能力是Windows的整理程序無法比擬的。
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，通過漢化補(bǔ)丁可以將它們的界面漢化為中文。
預(yù)防磁盤碎片的出現(xiàn)
磁盤碎片出現(xiàn)之后的整理畢竟是被動的，雖然硬盤的使用過程中不可避免的會出現(xiàn)磁盤碎片，不過我們還是有很多方法可以減少磁盤碎片的出現(xiàn)。這里將要介紹的是最有效和常見的方法——通過合理的分區(qū)和分配文件預(yù)防磁盤碎片的出現(xiàn)。
C 盤里放什么文件
如果用硬盤性能測試軟件測試一個(gè)硬盤中的各個(gè)分區(qū)，會發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，硬盤中的第一個(gè)分區(qū)C的性能最高，接下來依次是D、E、F……同一個(gè)硬盤中的各個(gè)分區(qū)為什么會有這種性能差距呢？請觀察下圖
圖中的硬盤盤片被劃分為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，盤片轉(zhuǎn)動一周，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盤總是從最外側(cè)磁道開始劃分，因此C盤是硬盤中性能最好的分區(qū)。要將哪些文件儲存在這性能最好的分區(qū)之中是個(gè)需要認(rèn)真對待的問題。
在上文中我們曾接觸過頁面文件，作為虛擬內(nèi)存的重要組成部分，頁面文件每天都要經(jīng)受無數(shù)次的讀寫，在物理內(nèi)存容量不高的系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存的性能對系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。因此，將頁面文件放置在C盤中是我們的最佳選擇。
上文中曾經(jīng)簡略提到過虛擬內(nèi)存是產(chǎn)生磁盤碎片的重要原因，其實(shí)，雖然頁面文件每天會被無數(shù)次的讀寫，不過這并不會產(chǎn)生磁盤碎片，頁面文件會產(chǎn)生磁盤碎片的原因在于它的可變大小。
在日常使用中，操作系統(tǒng)會根據(jù)負(fù)載，在預(yù)先設(shè)置的頁面文件最大值和最小值之間自動改變頁面文件的大小，這種頻繁改變頁面文件大小的過程才是產(chǎn)生磁盤碎片的原因。因此，在設(shè)置頁面文件大小時(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
介紹完了頁面文件的安置，下面將介紹上文中曾經(jīng)提到過的另外兩項(xiàng)產(chǎn)生磁盤碎片的要素：“Internet 臨時(shí)文件”和“臨時(shí)文件”。這兩種文件會使其它文件產(chǎn)生大量的磁盤碎片。默認(rèn)情況下，他們分別被儲存在“Temporary Internet Files”文件夾和“TEMP”文件夾中，和頁面文件一樣，它們的存儲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，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)生大量的磁盤碎片。用一般的下載軟件下載的話，一個(gè)500M的電影文件有5000個(gè)以上的磁盤碎片是常有的事。
不過，這兩種文件對讀取速度的要求都非常低，中等畫質(zhì)的電影文件的位率也不過就是500Kbps而已，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硬盤的讀取能力，因此，即使一個(gè)電影文件有5000個(gè)磁盤碎片，也不會對影片的正常播放產(chǎn)生絲毫的影響。
對于這些文件，我們將它們儲存在硬盤的最后一個(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)不用考慮對它們進(jìn)行磁盤碎片整理。
簇的大小
在文章的一開始，介紹磁盤碎片的產(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)理解了磁盤碎片的產(chǎn)生，是時(shí)候認(rèn)識簇的存在了。
硬盤誕生的時(shí)候，并沒有簇的概念，簇是隨著文件分配表的發(fā)展而產(chǎn)生的。
在沒有簇的時(shí)代，面對一個(gè)容量為360KB的磁盤，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)磁盤一共有720個(gè)扇區(qū)。要記錄磁盤上每一個(gè)扇區(qū)的信息，這個(gè)磁盤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，當(dāng)時(shí)在磁盤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的磁盤空間。隨著硬盤技術(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)儲存一段比單個(gè)簇的容量還要小的數(shù)據(jù)時(shí)，會浪費(fèi)一些儲存空間。
網(wǎng)絡(luò)上一直流傳著一種奇怪的說法，認(rèn)為較小的簇有助于減少磁盤碎片，提到這一點(diǎn)的文章都沒有對這個(gè)問題作更深的解釋，我們也無從得知這些文章的作者為何會這樣認(rèn)為。
從上文中兩種產(chǎn)生磁盤碎片的典型過程來看，磁盤碎片的產(chǎn)生與簇的大小并無直接關(guān)系。事實(shí)上，較大的簇可以減少硬盤中簇的總數(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)硬盤中只有18個(gè)簇，那么這個(gè)硬盤中最多也只能產(chǎn)生18個(gè)碎片。而使用較小的簇則會增加出現(xiàn)更多磁盤碎片的可能性。因此，我們沒有理由相信較小的簇可以減少磁盤碎片。
當(dāng)硬盤中存在大量小文件時(shí)，較小的簇有助于節(jié)省一部分儲存空間。因此，從節(jié)約空間的角度考慮應(yīng)當(dāng)采用較小的簇，而從減少磁盤碎片的角度考慮則應(yīng)當(dāng)采用較大的簇。
