Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №3

Кластерная организация данных на жестком диске, обеспечивая возможность многократного удаления и создания файлов, приводит к двум большим проблемам. Первая — это потери дискового пространства. Так как в подавляющем большинстве случаев размер файлов не кратен размерам кластеров, то последний кластер, помеченный в FAT как принадлежащий какому-либо файлу, оказывается заполненным не полностью. Это место уже не может стать частью другого файла, и поэтому не может быть использовано. Если файлов много, то общее количество такого "потерянного" места становится немалым. Особенно такая потеря проявляется при размещении на жестком диске большого количества мелких файлов, размер которых меньше размера кластера. Так, при размере кластера в 32 килобайта 10 файлов по 3 килобайта займут на жестком диске не 30 килобайт, как могло бы показаться, а 320. В самом крайнем случае для сохранения файла размером один байт операционная система выделит на диске один кластер размером 32 килобайта.

Стоит запомнить, что так как один кластер занимает фиксированный объем диска (чаще всего это 16 или 32 килобайта) и может содержать не более одного файла, то неизбежны потери пространства диска. Если размер файла меньше размера кластера или просто не кратен ему, то в кластере, содержащем этот файл (или окончание файла) останется незанятое пространство.

Информацию о размере кластера и количестве их на диске можно получить, используя программу Scandisk для Windows 95/98 (рис. 8.8).

Рис. 8.8.Информация программы ScanDisk.

Фрагментация

Вторая проблема, вытекающая из принципа кластерной организации — это так называемая фрагментация файлов. Когда файл записывается на диск, то согласно принципам кластерной организации операционная система должна искать первый свободный кластер и записать файл в него и последующие свободные кластеры. Если же кластер, следующий за записываемым, оказывается занят, а файл записан еще не полностью, то операционная система должна повторить поиск первого свободного кластера на последующей части диска и записать файл дальше в найденный свободный кластер и последующие такие же за ним.

В итоге после интенсивной работы с диском, сопровождающейся удалением и созданием файлов, очень многие файлы оказываются распределенными по диску — их начало записано, например, в кластерах в начале диска, середина — в кластерах середины, а конец — в последних дисковых кластерах. Файл становится фрагментированным — состоящим из множества фрагментов. Безусловно, информация о всех занимаемых им кластерах целиком и полностью размещается в FAT, но при чтении или перезаписи такого файла головки винчестера вынуждены многократно перемещаться по диску, считывая все фрагменты этого файла, что приводит к увеличению времени доступа к файлу, а также к повышенному износу механизма перемещения головок жесткого диска.

Пути решения

Путь решения проблемы потерь дискового пространства напрашивается сразу — уменьшить размер кластера. В самом деле, если кластер имеет размер 4 кб, а не 32, то пустого места в нем может остаться в 8 раз меньше, чем при использовании кластеров в 32 кб. Используя FAT16, для этого надо уменьшить размер логического диска (в самом деле, на диске в 1 гигабайт минимальный размер кластера будет 1024*1024/65536=16 килобайт, а на диске в 512 мегабайт 1024*512/65536=8 килобайт). В FAT32 размер кластера в 4 кб является вполне нормальным и может использоваться на логических дисках размером до 16 гигабайт.

Но даже в пределах имеющейся файловой системы FAT16 можно уменьшить потери дискового пространства. Например, делать файлы большого объема или, если это невозможно, хранить их в архивах, либо извлекая по мере необходимости, либо используя специальные программы, делающие архивы "прозрачными" для операционной системы, вроде ZipFolders или ZipMagic. Тогда кластеров, не до конца Заполненных данными, будет мало. Также можно использовать сжатие дисков (при этом все содержимое диска фактически хранится в одном файле), но это очень опасно в плане надежности хранения.

Предотвратить фрагментацию файлов труднее. В какой-то степени механизмы ее предотвращения заложены в самой операционной системе — Windows при записи нового файла ищет не просто первый свободный кластер, а первую группу из последовательных свободных кластеров размером не менее 500 кб, и только тогда, когда такая группа не находится, берется первый свободный. Вследствие такой стратегии иной раз возникают картины, подобные той, что вы можете видеть на рис. 8.9. Но в целом эту проблему решить до сих пор так и не удалось. Поэтому широко используются программы дефрагментации диска, например, встроенная в Windows программа Defrag.

Рис. 8.9.Не правда ли, странно? Как будто капли дождя на стекле.