デフラグ

ファイル システムのメンテナンスにおいて、デフラグは断片化の度合いを減らすプロセスです。これは、ファイルを格納するために使用される大容量ストレージデバイスの内容を、最小数の連続領域 (フラグメント、エクステント) に物理的に整理することによって行われます。また、断片化が再発するのを防ぐために、圧縮を使用してより大きな空き領域を作成しようとします。一部のデフラグ ユーティリティは、小さいファイルは順番にアクセスされることが多いため、1 つのディレクトリ内にまとめて保持しようとします。

デフラグは、電気機械式ディスク ドライブ(ハード ディスク ドライブ、フロッピー ディスク ドライブ、光ディスク メディア)上のファイル システムにとって有利で、関連があります。ハード ドライブの読み取り/書き込みヘッドがディスクのさまざまな領域を移動する速度は、読み取り/書き込みヘッドを移動させて他のフラグメントを探すことなく、非フラグメント ファイルの内容全体に順番にアクセスする場合に比べて遅くなります。

断片化は、ファイル システムが完全なファイルを 1 つの単位として保存するのに十分な連続した領域を割り当てられないか割り当てようとせず、代わりに既存のファイル間のギャップにファイルの一部を配置するときに発生します (通常、これらのギャップは、ファイル システムが後で削除したファイルを保持していたか、ファイル システムが最初にファイルに余分な領域を割り当てたために発生します)。頻繁に追加されるファイル (ログ ファイルなど)、頻繁なファイルの追加と削除 (電子メールや Web ブラウザー キャッシュなど)、大きなファイル (ビデオなど)、および多数のファイルによって、断片化とそれに伴うパフォーマンスの低下が発生します。デフラグは、これらの問題を軽減しようとします。

それ以外の点が空のディスクには、A から E までの 5 つのファイルがあり、それぞれが 10 ブロックの領域を使用しています (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、ファイルシステムでサポートされてい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次々に割り当てられます (画像の例 1 を参照)。ファイル B を削除する場合、2 つのオプションがあります。ファイル B の領域を空としてマークして後で再利用するか、B の後のすべてのファイルを移動して空き領域が最後に来るようにします。移動する必要があるファイルが多数ある場合はファイルの移動に時間がかかる可能性があるため、通常は空き領域をそのまま残し、テーブルで新しいファイル用に使用可能としてマークします (画像の例 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、以前にファイル B が格納されていた領域の最初の 6 ブロックに配置でき、その後の 4 ブロックは使用可能なままになります (画像の例 3 を参照)。別の新しいファイル G が追加され、4 つのブロックのみを必要とする場合、そのファイルは F の後、C の前のスペースを占有する可能性があります (画像の例 4)。

ただし、ファイル F を拡張する必要がある場合、その直後のスペースは使用できなくなるため、次の 3 つのオプションがあります。

1. ファイル F を、新しい、より大きなサイズの 1 つの連続したファイルとして作成できる場所に移動します。ファイルが使用可能な最大の連続スペースより大きい場合、これは不可能です。また、ファイルが大きいと、操作に望ましくないほど長い時間がかかる可能性があります。
2. F の後のすべてのファイルを、十分なスペースが確保されて再び連続するまで移動します。これは、前の例と同じ問題を引き起こします。移動するファイルの数が少ない場合やデータがあまりない場合は大きな問題にはなりませんが、ファイルが数千または数万ある場合は、すべてのファイルを移動する時間が足りません。
3. 別の場所に新しいブロックを追加し、F に 2 番目のエクステントがあることを示します(図の例 5 を参照)。これを何百回も繰り返すと、ファイルシステムには多数の小さな空きセグメントがさまざまな場所に散在し、一部のファイルには複数のエクステントが存在するようになります。ファイルにこのように多くのエクステントがある場合、ディスクが読み取り時にランダム シークを行う必要があるため、そのファイルへのアクセス時間が非常に長くなる可能性があります。

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に限定されるものではありません。たとえば、通常は特定の順序で読み込まれるファイルのグループ (プログラムの読み込み時にアクセスされるファイルなど。これには、特定のDLL 、さまざまなリソース ファイル、ゲーム内のオーディオ/ビジュアル メディア ファイルなどが含まれます) 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見なすことができます。読み取り/書き込みヘッドは、これらの (断片化されていない) ファイルに順番にアクセスするために、ランダムにこれらのファイルをシークする必要があります。一部のファイル グループは、最初は正しい順序でインストールされていたかもしれませんが、グループ内の特定のファイルが削除されると、時間の経過とともにばらばらになります。更新は、この一般的な原因です。ファイルを更新するために、ほとんどのアップデータは通常、最初に古いファイルを削除し、次にその場所に新しい更新されたファイルを書き込むためです。ただし、ほとんどのファイル システムでは、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。これにより、関連のないファイルが残った空きスペースを埋めることができます。

デフラグとは、ファイル エクステント (物理割り当てブロック) を移動して、最終的に 1 つにまとめる操作です。これを行うには通常、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して移動できるようにする操作、もう 1 つは、最終的にブロックを目的の場所に移動するための操作です。このようなパラダイムでは、ディスクからデータが削除されることがないため、電源が失われた場合でも操作を安全に停止できます。この記事の画像は、その例を示しています。

ディスクをデフラグする場合、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、使用可能な空き領域内でのみファイルを移動できます。これは集中的な操作であり、空き領域がほとんどないか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 パフォーマンスが低下します。デフラグ ツールがファイル システムの予期しない変更によって混乱しないように、デフラグ ツールが処理中はコンピューターをそのままにしておくことをお勧めします。使用するアルゴリズムによっては、複数のパスを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場所 (ディレクトリ構造内の場所として定義されます) は変更されません。

プログラム ファイルのデフラグ以外にも、デフラグ ツールはプログラムの読み込みやファイルを開くのにかかる時間を短縮することもできます。たとえば、Windows 9x のデフラグ ツールには Intel Application Launch Accelerator が含まれており、デフラグされたプログラム ファイルとその依存関係をプログラムが読み込む順に並べて配置することで、ディスク上のプログラムを最適化し、これらのプログラムをより速く読み込むことができます。^{[1] Windows では、優れたデフラグ ツールは}プリフェッチファイルを読み取り、これらのファイル グループをできるだけ多く識別し、それらのファイルをアクセス順に配置します。

ハードドライブの先頭では、外側のトラックの方が内側のトラックよりもデータ転送速度が速いです。頻繁にアクセスされるファイルを外側のトラックに配置すると、パフォーマンスが向上します。^[2] MyDefragなどのサードパーティのデフラグツールは、頻繁にアクセスされるファイルを外側のトラックに移動し、これらのファイルをデフラグします。^[3]

最近のハードドライブでは、RAMキャッシュ、プラッタ回転速度の高速化、コマンド キューイング ( SCSI / ATA TCQまたはSATA NCQ )、データ密度の向上などの機能向上により、断片化がシステム パフォーマンスに与える悪影響はある程度軽減されますが、一般的に使用されるデータ量の増加により、それらの利点が相殺されます。ただし、最近のシステムでは、現在利用可能なディスク容量が非常に大きいことから大きなメリットを得ています。これは、部分的に使用されているディスクは、完全に使用されているディスクよりも断片化がはるかに少ないためです。 ^[4]また、大容量の HDD では、同じパーティションが占めるシリンダーの範囲が狭いため、シークが高速になります。ただし、平均アクセス時間はプラッタの半回転よりも低くなることはなく、プラッタの回転 (rpm で測定) は、HDD の速度特性であり、ここ数十年で最も成長が遅いため (データ転送速度やシーク時間と比較して)、シーク回数を最小限に抑えることは、ほとんどのストレージを多用するアプリケーションで依然として有益です。デフラグとは、隣接していないトラックへのシークのみをカウントし、ファイルごとに最大 1 つのシークが存在するようにすることです。

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の方がはるかに多いファイル システムのパーティションを、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から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。ユーザーのプロファイルを含むディレクトリは絶えず変更されます (特に、Temp ディレクトリと Web ブラウザー キャッシュによって、数日で削除される数千のファイルが作成されます)。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、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ればよいため、最初のデフラグの後でデフラグ時間が大幅に短縮されます。

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、起動時に GUI が読み込まれる前に実行することで、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) が拡張される必要があります。何らかのファイルが邪魔をして MFT を拡張できない場合は、そのたびに MFT にフラグメントが生じます。Windows の初期バージョンでは、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することができなかったため、Microsoft はデフラグAPIにハードブロックを書き込みました。ただし、Windows XP以降では、Windows デフラグ API が改善され、移動操作がサポートされ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]こうした改善にもかかわらず、MFT の最初の 4 つのクラスターは Windows のデフラグ API によって移動できないままであり、その結果、一部のデフラグ ツールは MFT を 2 つのフラグメントに保存します。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ていた場所に保存され、残りの MFT はディスクの先頭 (またはデフラグ ツールの戦略で最適と判断された場所) に保存されます。

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、まず比較的ゆっくりと、特定のフラグメントが存在するトラックにヘッドを配置し、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のランダムアクセスではこの遅延が発生しないため、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までに限られた回数しか書き込めないため、デフラグは実際には有害です (壊滅的な障害の緩和を除く)。ただし、Windows は、ファイルシステムが最大断片化許容値 (メタデータがそれ以上のファイルフラグメントを表現できなくなる) に達するのを防ぐために、SSD を自動的にデフラグします (ただし、それほど強力ではありません)。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は失敗します。^[6]

多くのSMRハードディスクはTRIMコマンドを受け入れますが、SMR ハードディスクではパフォーマンスを向上させるためにデフラグが必要になる場合があります。^{[引用が必要]}

多くのソリッド ステート ハイブリッド ディスクはTRIMコマンドを受け入れますが、SSHD ではパフォーマンスを向上させるためにデフラグが必要になる場合があります。

• FAT : MS-DOS 6.xおよび Windows 9x システムには、Defrag と呼ばれるデフラグユーティリティが付属しています。DOSバージョンは Norton SpeedDisk の限定バージョンです。^{[7] Windows 9x に付属のバージョンは}Symantec Corporationからライセンス供与され、Windows 2000 および XP に付属のバージョンはCondusiv Technologiesからライセンス供与されています。
• NTFS はWindows NT 3.1で導入されましたが、 NTFS ファイルシステム ドライバーにはデフラグ機能は含まれていませんでした。^[8] Windows NT 4.0では、サードパーティ製のツールでデフラグ タスクを実行するために使用できるデフラグAPIが導入されましたが、デフラグ ソフトウェアは含まれていませんでした。 Windows 2000、Windows XP、およびWindows Server 2003では、Microsoft は、デフラグ API を使用し、コンピュータの管理のスナップインであったDiskeeper ^[9]に基づくデフラグ ツールを含めました。Windows Vista、Windows 7、およびWindows 8では、ツールが大幅に改善され、視覚的なディスクマップのない新しいインターフェイスが提供され、コンピュータの管理の一部ではなくなりました。^{[10] [11]} Microsoft Windowsでは、無料または市販のサードパーティ製のデフラグ製品も多数利用できます。
• BSD UFS、特にFreeBSDは、情報がディスクに書き込まれる瞬間に断片化を減らすことを目的とした内部リアロケータを使用しています。^[12]これにより、長期間の使用によるシステムの劣化を効果的に抑制します。
• Btrfsにはオンラインおよび自動のデフラグ機能があります。^{[13] [14]}
• Linux ext2、ext3、ext4 : UFSと同様に、これらのファイルシステムは、常に断片化を制御するように設計された割り当て技術を採用しています。^[15]その結果、ほとんどの場合、デフラグは必要ありません。^[16] ext2はと呼ばれるオフラインデフラグツールを使用しますが、これは後継のext3では機能しません。ただし、他のプログラム、または、、^[17]e2defrag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して、ext3ファイルシステムをデフラグすることができます。 ext4はext3とある程度下位互換性があるため、デフラグプログラムからのサポートは一般的に同程度です。現在、e4defragを使用して、オンラインデフラグを含め、ext4ファイルシステムをデフラグすることができます。defragfs
• VxFS にfsadmは、デフラグ操作を含むユーティリティがあります。
• JFSにはIBMオペレーティングシステム用のユーティリティがありますdefragfs。^[18]
• 1998 年にMac OS 8.1で導入されたHFS Plus には、別のデフラグ ツールを使わずにファイルにアクセスしながらデフラグを行うために、割り当てアルゴリズムにいくつかの最適化が施されています。^[19]オンザフライ デフラグの対象となるファイルにはいくつかの制限があります (最大サイズ 20MB など)。Coriolis Systems の iDefrag というユーティリティは OS X 10.3 以降で使用できます。従来の Mac OS では、Norton SpeedDisk と TechTool Pro でデフラグを行うことができます。
• NetAppの ONTAP 7.2 オペレーティング システムのWAFLには、大きなファイルをデフラグするために設計されたというコマンドがありますreallocate。
• XFS は、と呼ばれるオンライン デフラグ ユーティリティを提供しますxfs_fsr。
• SFSはデフラグ機能をほぼ完全にステートレスな方法で処理します（作業場所を除く）。そのため、デフラグを即座に停止および開始できます。^[20]
• RISC OSやそれ以前のAcorn Computersで使用されていたファイルシステムであるADFSは、手動でのデフラグを必要とせずにファイルの断片化を制御します。^[21]

• デフラグソフトウェアの比較
• 断片化（コンピューティング）
• ファイルシステムの断片化
• 仮想ディスクイメージ
• ウェアレベリング、フラッシュメモリの内容を長持ちさせる同様の技術

• Norton, Peter (1994) Peter Norton の DOS 6.22 完全ガイド、521 ページ – Sams ( ISBN 067230614X ) 
• Woody Leonhard、Justin Leonhard (2005) Windows XP 時間節約テクニック For Dummies、第 2 版、 456 ページ – For Dummies ( ISBN 0-764578-839 )。 
• ジェンセン、クレイグ (1994)。『断片化：その状況、原因、そして治療法』エグゼクティブ ソフトウェア インターナショナル ( ISBN 0-9640049-0-9 )。 
• Dave Kleiman、Laura Hunter、Mahesh Satyanarayana、Kimon Andreou、Nancy G Altholz、Lawrence Abrams、Darren Windham、Tony Bradley、Brian Barber (2006) Winternals: デフラグ、リカバリ、および管理フィールド ガイド– Syngress ( ISBN 1-597490-792 ) 
• Robb、Drew (2003) Windows 環境でのサーバー ディスク管理第 7 章 – AUERBACH ( ISBN 0849324327 ) 

• 人気のデフラグユーティリティのWindows 7デフラグテストベンチマーク
• Microsoft Windows XP のデフラグ - 毎週のデフラグをスケジュールする方法Microsoft Windows 2000 Professional および Server のデフラグ - デフラグをスケジュールする方法
• SST ハードディスク オプティマイザー
• Linux がファイルの断片化を回避する方法 2016-06-04 にWayback Machineでアーカイブ
• Windows 7 でのデフラグの変更点
• Windows 用デフラグユーティリティの完全なリスト 2016-05-28 にWayback Machineにアーカイブされました
• SSD のファイル システムはパフォーマンスに影響しますか?