现代文件系统中的碎片化

Question

我正在修补 Pintos OS 文件系统并想知道：

现代文件系统如何处理碎片问题，包括内部、外部和数据？

Answer 1

好的，你感兴趣的是文件碎片。

答案是它完全取决于文件系统和操作系统。在传统的太监文件系统的情况下，磁盘本质上是碎片化的。没有任何连续文件的概念。文件存储在更改的数据块中。这就是为什么要对分区进行分页，而太监上的大多数数据库系统都使用分区的原因。

允许连续文件的“硬”文件系统以不同的方式管理它们。一个文件由一个或多个“范围”组成。如果初始范围被填满，文件系统管理器会创建一个新范围并链接到它。在某些系统中，有许多文件创建选项。可以指定文件的初始大小并为后续分配保留空间（即，第一个扩展区的大小和附加扩展区的大小）。

当硬文件系统出现碎片时，有不同的处理方法。在某些系统中，“碎片整理”的正常方法是将映像备份到辅助存储然后恢复。这可以是正常系统维护过程的一部分。

其他系统使用“碎片整理”实用程序，这些实用程序要么作为常规系统计划的一部分运行，要么手动运行。

磁盘碎片问题经常被夸大。如果您的磁盘具有合理的空间量，那么您实际上不会产生太多的文件碎片。磁盘碎片——是的；但是，如果您有足够的可用磁盘空间，这并不是什么大问题。当 (1) 您没有足够的可用连续磁盘空间或 (2) [很可能有合理的磁盘空间] 您有一个不断获取添加数据的文件时，就会发生文件碎片。

Answer 2

大多数文件系统确实有处理碎片的方法。不过，我将描述不太复杂的常用文件系统的情况。

对于Ext2，每个文件有12 个直接块指针，指向文件所在的块。如果它们还不够，则有一个单独的间接块指向block_size / 4 块。如果它们仍然不够，则有一个双间接块指向block_size / 4 单间接块。如果还不够，还有一个指向block_size / 4 双重间接块的三重间接块。这样，文件系统允许在块边界处分片。

对于 ISO 9660，它是 CD 和 DVD 的常用文件系统，文件系统不支持按原样进行分段。但是，可以使用多个连续的目录记录来将一个大（超过 2G/4G，最大可描述文件大小）文件拆分为可描述文件。这可能会导致碎片化。

对于FAT，文件分配表描述了磁盘上所有数据簇的位置和状态，以便允许碎片化。所以当读取下一个簇时，驱动会在文件分配表中查找下一个簇的编号。