为什么Linux不需要磁盘碎片整理？——借以复习文件系统方面的知识

      磁盘碎片是使用操作系统时经常遇到的问题，而Linux操作系统的文件访问机制相对于Windows而言可以大大的减少磁盘碎片，可以通过这个很吸引人点，实际应用中遇到的问题对《操作系统原理》课程中文件系统与磁盘管理的知识进行复习。这样学下点知识就会比较深刻，复习起来也会很容易。以下是摘自网上点一些相关资料，虽然没有解释清楚，但也提示了回答这个问题的思路。文章的中心观点是Windows产生磁盘碎片的原因主要是虚拟内存和临时文件，Linux的虚拟内存和临时文件管理机制使得它并不会产生很多磁盘碎片。

      如果你是一个Linux用户，你可能听说过，不需要对你的Linux文件系统进行碎片整理。你可能还会注意到，Linux发行版并没有附带磁盘碎片整理工具。这是为什么呢？想要知道为什么在正常使用中，Linux文件系统不需要进行碎片整理，而Windows要。你需要了解为什么会生成碎片，而Linux和Windows这两个文件系统，它们分别是如何工作的。

    有段linux官方资料主要介绍了外部碎片（external fragmentation）、内部碎片（internal fragmentation）的概念及相关情况，说明了linux文件系统在磁盘还有5%空闲空间的情况下是不需要碎片整理的。（Linux native file systems do not need defragmentation under normal use and this includes any condition with at least 5% of free space on a disk.）。而在实际使用中，磁盘在还有8%左右未使用时就会有警告产生，所以碎片整理是不用考虑的。

　　产生碎片整理想法的主要在两类朋友中，一类是受windows思想影响的朋友，还有一类是对操作系统原理有一定程度了解的朋友。 我在这里先简单地说明一些问题。所有地操作系统都会产生磁盘碎片，这正是某些朋友产生疑虑的原因。这个碎片在上面地官方资料中称为内部碎片。它是这样产生的，假设一个磁盘的空间有20k，它的基本存储单位为簇，设有两个文件，一个7k，一个1k。当簇的大小为4k时，磁盘分为了5个簇，两个文件共占用３个簇，即使用了12k，其中浪费地空间就是4k，也就是产生了内部碎片4k。因此我们就了解了：内部碎片主要是造成磁盘空间的浪费。请注意：Windows的磁盘碎片整理功能所整理的碎片不是这个碎片，也无法对这个碎片进行操作，它所对应的碎片概念是外部碎片。

　　那么，可以对内部碎片进行优化处理吗？答案是肯定的。以上面的例子来说，如果把每一簇分成2k，那么20k的磁盘就分为了１０个簇，７k和１k两个文件共占用了５个簇，１０k的空间，浪费的空间，即内部碎片为２k。由此可见，簇分的越小，所浪费的空间越少。这也是NTFS比FAT32优秀的一个地方。在Win2000的FAT32文件系统的情况下,分区大小在2GB～8GB时簇的大小为4KB；分区大小在8GB～16GB时簇的大小为8KB；分区大小在16GB～32GB时,簇的大小则达到了16KB。而Win2000的NTFS文件系统，当分区的大小在2GB以下时,簇的大小都比相应的FAT32簇小;当分区的大小在2GB以上时(2GB～2TB),簇的大小都为4KB。相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盘空间，最大限度地避免了磁盘空间的浪费。

　　有的朋友会进一步的思考，那么为什么文件系统不是把簇分的非常的小呢？这里就引出了另一个问题，文件访问查找的问题。还是以上面的例子说明，当我们要查找使用一个文件时，就需要通过页表来进行访问。打个比方，你住的地方就好比是文件所占用的簇，但是要找到你，就得通过你的住址来进行访问，而访问文件则是通过文件分配表。如果住的人多，地址也就很多，那么要查到你住的地址所花的时间也就很多。同样的道理，当簇分的越小，记录簇的地址也就越大，查找文件所在的簇所花的时间也就越多。当簇为4k时，簇的地址是５个，而簇为2k时，簇的地址是10个。因而簇的大小是在空间和时间上取得平衡的一个结果。这里也对另一个问题作一些提示，有些第三方分区软件可以自定义簇的大小，建议采用默认值，否则会在某些情况下产生一些问题。有的朋友会进一步提问：那么为什么在普通情况下NTFS分的簇会比FAT32的要小，而访问速度会差不多呢？这又牵涉到文件访问机制等等问题。这里我就不再介绍了，其实这个问题我也不能完全说清，有兴趣的朋友可以找一些操作系统方面的资料进行阅读，可以在一定程度上解决这个问题。

　　好，下面开始我们的重点：linux不需要碎片整理！ Windows概念下的碎片，在上面linux官方资料中称为外部碎片，它就是影响性能的那个碎片概念。（This is called "external fragmentation" or simply "fragmentation" and is a common problem with MS-DOS file systems.）而linux一般不会产生这种碎片。外部磁盘碎片应该称为文件碎片，是因为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。当应用程序所需的物理内存不足时，一般操作系统会在硬盘中产生临时交换文件，用该文件所占用的硬盘空间虚拟成内存。虚拟内存管理程序会对硬盘频繁读写，产生大量的碎片，这是产生硬盘碎片的主要原因。 　
　其他如IE浏览器浏览信息时生成的临时文件或临时文件目录的设置也会造成系统中形成大量的碎片。文件碎片一般不会在系统中引起问题，但文件碎片过多会使系统在读文件的时候来回寻找，引起系统性能下降，严重的还要缩短硬盘寿命。另外，过多的磁盘碎片还有可能导致存储文件的丢失。上面所说的就是windows如何产生外部碎片的。