Объяснение дефрагментации диска

Раньше дефрагментация диска была окружена тайной, и советовали никогда не прикасаться к компьютерной мыши во время дефрагментации, выполняя ее в безопасном режиме и готовясь к возможности потери данных из-за случайного сбоя питания. Многие люди до сих пор боятся дефрагментации или просто стараются не думать об этом из-за старых советов, которые все еще всплывают при поиске в Интернете. В этой статье я попытаюсь объяснить дефрагментацию диска и все связанные с ней понятия простыми словами, чтобы развеять все опасения или мифы, связанные с ней.

Чтобы понять, что такое дефрагментация диска, сначала нужно понять, как работает жесткий диск, что такое файловая система и как на самом деле происходит фрагментация. Это может звучать как очень технические термины, но на самом деле эти понятия довольно легко понять с небольшими пояснениями и некоторыми иллюстрациями. Давайте посмотрим на них здесь.

Как работает ваш жесткий диск

Ваш жесткий диск (жесткий диск) — самая медленная часть вашего компьютера, потому что он содержит движущиеся части — вращающиеся пластины и головку чтения-записи. Вот как это выглядит внутри вашего компьютера:

Каждый раз, когда вы открываете файл (или система пытается получить доступ к файлу), ЦП отправляет запрос на ваш жесткий диск, и головка чтения-записи начинает двигаться, чтобы получить запрошенные данные. Вместо того, чтобы вдаваться в подробности о том, как именно движется головка чтения-записи (используя такие термины, как «угловая скорость», «время поиска» и т. д.), я просто констатирую факт, который вам необходимо запомнить — с точки зрения скорости доступа к данным. , внешняя часть диска жесткого диска, также называемая передней частью диска, является самой быстрой, а внутренняя или задняя часть диска — самой медленной.

Поверхность диска разбита на сектора и дорожки (см. рисунок ниже). Если вам кажется, что информации слишком много, не беспокойтесь об этом. Есть две причины, по которым я включил эту информацию в свою статью: это может помочь создать в вашем сознании картину, показывающую, как данные хранятся на вашем жестком диске, и эти же термины часто используются в программах для дефрагментации. Поэтому, если вы можете приложить дополнительные усилия, то обязательно прочитайте эту часть и постарайтесь понять чрезвычайно техническую терминологию, которая будет следовать здесь.

Следы в основном похожи на годичные кольца на спиленном дереве. И сектора похожи на клинья в пицце, за исключением компьютерной терминологии, один сектор — это часть клинка пиццы, которая принадлежит одной дорожке и обычно имеет размер 512 байт.

Разные модели жестких дисков могут иметь разное количество дорожек и секторов. Однако факт остается фактом: данные, хранящиеся на внешних дорожках любого жесткого диска, требуют меньше времени для доступа к головке чтения-записи, чем данные, хранящиеся на внутренних дорожках.

Что такое файловая система?

С огромными объемами данных, которые хранятся на жестком диске, должен быть способ их организации и управления, что и делают файловые системы. NTFS — это файловая система, используемая Microsoft в операционной системе Windows (начиная с Windows NT). Файловая система поддерживает физическое расположение каждого файла на жестком диске и позволяет вашему компьютеру извлекать данные по запросу. Файловая система объединяет группы секторов по 512 байт в кластеры, что является наименьшей единицей пространства для хранения файла или части файла. На жестких дисках NTFS обычно 8 секторов на кластер, что означает, что размер одного кластера составляет 4096 байт. Это размер частей, на которые делится каждый файл. Учитывая, что размеры многих файлов, хранящихся на жестком диске, измеряются мегабайтами или даже гигабайтами, деление их на части по 4096 байт хотя и необходимо по ряду причин, но дает огромный потенциал для фрагментации.

Что такое фрагментация?

На только что отформатированном жестком диске файлы записываются непрерывно — все кластеры, принадлежащие одному файлу, аккуратно хранятся вместе, и файл представляет собой единое целое, так как свободного места для записи каждого файла предостаточно. И тогда вы начинаете использовать свой компьютер. Если бы вы не использовали его, он оставался бы аккуратно организованным, и вам не нужно было бы беспокоиться о фрагментации, но тогда это было бы не чем иным, как дорогим украшением комнаты. Фрагментация происходит не из-за того, что вы делаете что-то не так или из-за того, что ваш компьютер неисправен, это то, что происходит при обычном использовании ПК. Представьте себе жесткий диск с файлами, аккуратно расположенными один рядом с другим. Теперь предположим, что вы удалили файл размером 1 мегабайт из середины этой аккуратно сохраненной группы, а затем сохранили файл размером 2 мегабайта на жесткий диск. Ваша система ищет свободное место для записи файла, находит 1-мегабайтный блок свободного пространства, который вы только что освободили, удаляя старый файл, и начинает записывать в него новый файл, и, как и следовало ожидать, 1 мегабайт позже у него заканчивается место в этом месте, и он начинает искать следующий доступный блок свободного места. Если следующее окно свободного места имеет размер 1 мегабайт, то ваш вновь сохраненный файл разбивается только на 2 части. Но допустим следующий блок свободного места составляет полмегабайта, то записав в это место часть вашего файла, система ищет еще места и ваш файл теперь разбит более чем на 2 части. Это упрощенное объяснение того, как происходит фрагментация.

Чтобы понять, почему это так важно для производительности вашего ПК, взгляните на картинку ниже. Слева вы видите схематическое изображение файла, хранящегося целиком в одном месте. Справа вы видите один и тот же файл, фрагментированный на несколько частей, хранящихся в разных местах на жестком диске. Теперь представьте объем работы, которую должна выполнить головка чтения-записи, чтобы получить файл слева, и сравните ее с объемом работы, которую она должна выполнить, перескакивая с места на место, чтобы получить файл справа. Очевидно, что доступ к файлу справа займет больше времени. Чем на большее количество частей разбит файл и чем дальше друг от друга эти части разбросаны по жесткому диску, тем больше времени требуется головке чтения-записи для ее извлечения, что приводит к снижению производительности.

Помимо самой фрагментации файлов, существует проблема фрагментации свободного пространства, что, в свою очередь, приводит к еще большей фрагментации файлов. Обычно это происходит, когда данные удаляются, оставляя небольшие участки свободного места между оставшимися файлами. В результате, когда новые файлы сохраняются на жестком диске, система разбивает их на части, чтобы они поместились на этих небольших участках свободного места.

Как работает дефрагментация диска

Теперь, когда вы знаете все, что вам нужно знать о жестких дисках, файловой системе и фрагментации, мы перейдем к основной теме этой статьи — дефрагментации диска. Надеюсь, понятно, почему необходимо дефрагментировать жесткий диск. Эта операция не только помогает собрать фрагменты файла вместе, но также может консолидировать свободное пространство, чтобы были доступны более крупные блоки пространства для записи новых файлов, что предотвращает дальнейшую фрагментацию. Хороший дефрагментатор также включает алгоритм интеллектуального размещения файлов, который использует информацию о более быстрых и медленных зонах доступа к данным на жестком диске. Давайте подробнее рассмотрим эти аспекты дефрагментации диска.

Дефрагментация файлов

Проще говоря, дефрагментация файлов — это процесс объединения фрагментов файла. Что делают дефрагментаторы диска, так это перезаписывают файлы в смежные блоки свободного пространства, следя за тем, чтобы все фрагменты файлов записывались в последовательном порядке. Таким образом, головка чтения-записи жесткого диска должна обращаться к одному месту для доступа к запрошенному файлу вместо того, чтобы собирать фрагменты файла по всему диску.

Дефрагментация свободного места

Дефрагментация или объединение свободного места на жестком диске является одним из наиболее эффективных методов предотвращения фрагментации. Когда свободное пространство находится в больших смежных блоках, а не разбросано по жесткому диску небольшими секциями, новые файлы, которые записываются на жесткий диск, можно легко разместить в одном фрагменте. При перезаписи файлов во время дефрагментации диска дефрагментаторы стараются разместить все файлы ближе друг к другу, чтобы оставшееся свободное пространство было объединено в более крупные разделы.

Умное размещение файлов

Зная, как работает жесткий диск, как на нем хранятся данные и как осуществляется доступ к ним, вы сможете легче понять теорию, лежащую в основе интеллектуального размещения файлов. На самом деле существует несколько способов размещения файлов на жестком диске с целью повышения производительности системы. Различные программы дефрагментации могут использовать разные методы или алгоритмы для размещения файлов, некоторые предлагают выбор алгоритмов, которые пользователь может выбрать в соответствии со своим индивидуальным стилем использования ПК.

Дефрагментаторы могут попытаться сохранить вместе файлы, к которым обычно обращаются вместе, например группу файлов .dll, необходимых при запуске приложения. Это значительно снижает объем работы, которую должна выполнять головка чтения-записи жесткого диска при запросе этих файлов. Размещение системных файлов на быстрых внешних дорожках жесткого диска сокращает время, необходимое для запуска вашей системы, а также для запуска приложений. Эту быструю зону на жестком диске также можно использовать для размещения наиболее часто используемых файлов, повышая скорость выполнения повседневных задач. В то же время перемещение редко используемых файлов на заднюю часть диска (более медленные внутренние дорожки) гарантирует, что они не будут мешать и не будут занимать ценное свободное место в быстрой зоне.

Как видите, дефрагментация диска — это не просто объединение фрагментов файлов, это гораздо больше. Все различные методы, используемые в дефрагментаторах, предлагают большой потенциал для повышения скорости и производительности системы. Люди, утверждающие, что современные жесткие диски не нуждаются в дефрагментации, возможно, не пробовали современный дефрагментатор с мощным механизмом оптимизации. Любой, кто много использует свой компьютер, редактируя, сохраняя и удаляя файлы, устанавливая и удаляя программное обеспечение, играя в компьютерные игры или работая над долгосрочными школьными проектами, обязательно заметит улучшение производительности своего компьютера после использования на нем многофункционального программного обеспечения для дефрагментации. Как говорится, видишь, значит веришь. Попробуйте дефрагментировать и оптимизировать жесткий диск, чтобы увидеть, как это повлияет на производительность вашего ПК.