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In the maintenance of file systems, defragmentation is a process that reduces the degree of fragmentation, files that are stored in multiple segments that are not contiguous on the storage medium. It does this by physically organizing the contents of the mass storage device used to store files into the smallest number of contiguous regions (fragments, extents). It also attempts to create larger regions of free space using compaction to impede the return of fragmentation.
Defragmentation is advantageous and relevant to file systems on electromechanical disk drives (hard disk drives, floppy disk drives and optical disk media). The movement of the hard drive's read/write heads over different areas of the disk when accessing fragmented files is slower than accessing the entire contents of a non-fragmented file sequentially without moving the read/write heads to seek other fragments.
Fragmentation occurs when the file system does not allocate enough contiguous space to store a complete file as a unit, but instead puts parts of it in gaps between existing files. Usually gaps are created when a file is deleted, and sometimes when excess space is allocated to a file. Files that are often appended to (as with log files), adding and deleting files, and greater numbers of files contribute to fragmentation and consequent performance loss. Defragmentation attempts to alleviate these problems.
それ以外は空のディスクには、それぞれ 10 ブロックの領域を使用する 5 つのファイル A から E があります (このセクションでは、ブロックはファイルシステムの割り当て単位です。ブロック サイズはディスクのフォーマット時に設定され、ファイルシステムがサポートする任意のサイズにすることができます)。空のディスクでは、これらのファイルはすべて順番に割り当てられます (図の例 1 を参照)。ファイル B が削除される場合、2 つのオプションがあります。ファイル B の領域を後で再び使用できるように空としてマークするか、B 以降のすべてのファイルを移動して、空いている領域が最後に来るようにします。移動する必要のあるファイルが多い場合、ファイルの移動には時間がかかる可能性があるため、通常は空いている領域はそのまま残され、新しいファイル用に使用可能な領域としてテーブルにマークされます (図の例 2 を参照)。[注 1 ] 6 ブロックの領域を必要とする新しいファイル F が割り当てられると、以前ファイル B があった領域の最初の 6 ブロックに配置され、それに続く 4 ブロックは使用可能なままになります (図の例 3 を参照)。別の新しいファイルGが追加され、4ブロックしか必要としない場合、Fの後、Cの前にスペースを占有することができます（図の例4）。各ファイルセクションはドライブ全体に個別のパケットとして保存されます。ファイルが削除されると、未使用のスペースが残り、ディスクの断片化につながります。
しかし、ファイルFを拡張する必要がある場合、直後の領域が使用できなくなるため、3つの選択肢があります。
さらに、「断片化」の概念は、ディスク上に複数のエクステントを持つ個々のファイルだけに限定されるものではありません。たとえば、特定の順序で読み込まれるファイル群（プログラムの読み込み時にアクセスするファイルなど。これには、特定のDLL、各種リソースファイル、ゲームのグラフィックやオーディオなどが含まれます）は、個々のファイルが断片化されていなくても、ディスク上で順番に読み込まれていない場合は断片化されているとみなされます。読み書きヘッドは、これらの（断片化されていない）ファイルを順番にアクセスするためにランダムにシークする必要があります。ファイル群の中には、当初は正しい順序でインストールされていたものでも、グループ内の特定のファイルが削除されるにつれて、時間の経過とともにばらばらになってしまうものがあります。これは、ファイルの更新が一般的な原因です。ほとんどの更新ツールは、ファイルを更新するために、まず古いファイルを削除し、その場所に新しい更新されたファイルを書き込みます。しかし、ほとんどのファイルシステムは、新しいファイルをディスク上の同じ物理的な場所に書き込みません。そのため、無関係なファイルが、空いたスペースを埋めてしまう可能性があります。
デフラグメンテーションとは、ファイルエクステント（物理的な割り当てブロック）を移動させて、最終的にそれらを統合し、できれば1つのブロックにまとめる操作です。通常、この操作には少なくとも2つのコピー操作が必要です。1つは、ブロックをディスク上の空きスクラッチ領域に移動させて、さらに移動できるようにする操作、もう1つは、ブロックを最終的に目的の場所に移動させる操作です。このような方式では、ディスクからデータが削除されることは一切ないため、停電が発生した場合でも安全に操作を停止できます。記事の図は、その一例を示しています。
ディスクをデフラグするには、デフラグソフトウェア（「デフラグツール」とも呼ばれます）は、利用可能な空き領域内のファイルのみを移動できます。これは負荷の高い操作であり、空き領域がほとんどない、またはまったくないファイルシステムでは実行できません。デフラグ中はシステムのパフォーマンスが低下するため、ファイルシステムへの予期しない変更によってデフラグツールが混乱しないように、処理中はコンピュータを操作しないのが最善です。使用するアルゴリズムによっては、複数回実行することが有利な場合とそうでない場合があります。デフラグに伴う再編成では、ファイルの論理的な位置（ディレクトリ構造内の位置として定義されます）は変更されません。
Besides defragmenting program files, the defragmenting tool can also reduce the time it takes to load programs and open files. For example, the Windows 9x defragmenter included the Intel Application Launch Accelerator which optimized programs on the disk by placing the defragmented program files and their dependencies next to each other, in the order in which the program loads them, to load these programs faster.[1] In Windows, a good defragmenter will read the Prefetch files to identify as many of these file groups as possible and place the files within them in access sequence.
At the beginning of the hard drive, the outer tracks have a higher data transfer rate than the inner tracks. Placing frequently accessed files onto the outer tracks increases performance.[2] Third party defragmenters, such as MyDefrag, will move frequently accessed files onto the outer tracks and defragment these files.[3]
Improvements in modern hard drives such as RAM cache, faster platter rotation speed, command queuing (SCSI/ATATCQ or SATANCQ), and greater data density reduce the negative impact of fragmentation on system performance to some degree, though increases in commonly used data quantities offset those benefits. However, modern systems profit enormously from the huge disk capacities currently available, since partially filled disks fragment much less than full disks,[4] and on a high-capacity HDD, the same partition occupies a smaller range of cylinders, resulting in faster seeks. However, the average access time can never be lower than a half rotation of the platters, and platter rotation (measured in rpm) is the speed characteristic of HDDs which has experienced the slowest growth over the decades (compared to data transfer rate and seek time), so minimizing the number of seeks remains beneficial in most storage-heavy applications. Defragmentation is just that: ensuring that there is at most one seek per file, counting only the seeks to non-adjacent tracks.
デフラグを最適化し、断片化の影響を軽減するための一般的な戦略は、書き込みよりも読み取りがはるかに多いファイルシステムのパーティションと、ファイルが頻繁に作成および削除されるより不安定な領域を分離するようにハードディスクをパーティション分割することです。ユーザープロファイルを含むディレクトリは常に変更されます（特に、Temp ディレクトリと Web ブラウザーのキャッシュは、数日で削除される数千のファイルを作成します）。ユーザープロファイルのファイルが専用のパーティションに保持されている場合（UNIX推奨ファイルシステムで一般的に行われているように、通常は /var パーティションに格納されます）、デフラグツールは他のディレクトリのすべての静的ファイルを処理する必要がないため、より効率的に動作します。（または、デフラグツールに特定のファイルパスを除外するように指示することもできます。）書き込みアクティビティが比較的少ないパーティションの場合、デフラグツールは今後少数の新しいファイルのみをデフラグする必要があるため、最初のデフラグ後にデフラグ時間が大幅に改善されます。
移動できないシステムファイル、特にスワップファイルが存在すると、デフラグが妨げられることがあります。これらのファイルは、オペレーティングシステムが使用されていないときに安全に移動できます。たとえば、ntfsresize はこれらのファイルを移動してNTFSパーティションのサイズを変更します。Pag eDefragツールは、 GUI がロードされる前の起動時に実行することで、スワップファイルやWindows レジストリを格納するファイルなどの Windows システムファイルをデフラグできます。Windows Vista 以降、この機能は完全にはサポートされておらず、更新もされていません。
NTFSでは、ディスクにファイルが追加されると、新しいファイルの情報を格納するためにマスターファイルテーブル（MFT）が拡張されます。ファイルが邪魔をしてMFTを拡張できない場合、MFTにフラグメントが追加されます。初期のWindowsバージョンでは、パーティションがマウントされている間は安全にデフラグできなかったため、MicrosoftはデフラグAPIにハードブロックを実装しました。しかし、Windows XP以降、WindowsのデフラグAPIが改良され、移動操作をサポートするようになったため、MFTをデフラグできるデフラグツールが増えています。[ 5 ]改善が加えられたにもかかわらず、MFT の最初の 4 つのクラスターは Windows デフラグメンテーション API では移動できないため、一部のデフラグツールは MFT を 2 つのフラグメントに格納します。最初の 4 つのクラスターはディスクがフォーマットされたときに配置された場所に、残りの MFT はディスクの先頭 (またはデフラグツールの戦略が最適と判断した場所) に格納されます。
従来の電気機械式ハードディスクドライブからデータを読み取る場合、ディスクコントローラはまず、特定のフラグメントが存在するトラックにヘッドを比較的ゆっくりと移動させ、次にディスクプラッタが回転してフラグメントがヘッドに到達するまで待機する必要があります。ソリッドステートドライブ（SSD）は可動部品のないフラッシュメモリに基づいているため、フラッシュメモリ上のファイルフラグメントへのランダムアクセスはこの遅延の影響を受けず、アクセス速度を最適化するためのデフラグは不要です。さらに、フラッシュメモリは故障する前に書き込みできる回数が限られているため、デフラグは実際には有害です（壊滅的な故障の緩和を除く）。ただし、Windowsはファイルシステムが最大断片化許容値（メタデータがこれ以上ファイルフラグメントを表現できなくなる状態）に達するのを防ぐために、SSDを自動的に（ただしそれほど強力ではない方法で）デフラグします。最大断片化制限に達すると、その後のディスクへの書き込み試行は失敗します。[ 6 ]
e2defrag ext2は、後継のext3では動作しないオフラインデフラグツールを使用します。ただし、ext3ファイルシステムのデフラグには、他のプログラム、または[ 17 ]などのファイルシステムに依存しないプログラムを使用できます。ext4はext3とある程度下位互換性がdefragfsあり、そのため、デフラグメンテーションプログラムからのサポートは概ね同じです。現在、e4defragを使用して、オンラインデフラグメンテーションを含むext4ファイルシステムのデフラグメンテーションを行うことができます。fsadmには、デフラグ操作を含むユーティリティが搭載されています。defragfsはIBMオペレーティングシステム上でユーティリティとして利用できます。 [ 18 ]reallocate。xfs_fsr。ほとんどのハードディスクでは、ハードディスクの先頭は末尾よりもかなり高速で、場合によっては200パーセントも速くなります。* HD Tuneなどのユーティリティを使用して、これを自分で測定できます。そのため、MyDefragはすべてのファイルをディスクの先頭に移動するように設計されています。
これまで見てきたように、HFS+ ボリュームは Mac OS X 10.3.x 上で断片化にかなり強いようで、断片化が積極的な対策 (デフラグツールなど) を必要とするほど深刻な問題になるとは考えていません。