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下面这篇文章通俗易懂地解说了为什么linux不需要碎片整理以及windows为什么需要碎片整理, 来源链接
引用:
为什么Linux不需要磁盘碎片整理
作者：OneAndOneIs2
翻译：rainking
有一个关于Linux的问题经常被问及：为什么Linux不需要磁盘碎片整理呢？在这里，我试图就“为什么有的文件系统比另一些文件系统更加需要磁盘碎片整理”给出一个简单的，非技术性的答案。
我将试图用一个ASCII矩阵来解释所有的原理，而不是用那些枯燥而晦涩的术语来打击大家的积极性。下面就是我将用来解释原理的矩阵：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
r 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
u 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
v 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
w 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
以上这个矩阵就可以简单的用来表示一个很小的硬盘，初始状态是空的，全部都被0填充。在矩阵顶部和左侧的a-z都是用来定位每一个数据的。最左上角的那个0就是aa，最右上角的那个0就是za，最左下角的就是az。
我将以一个大家都非常非常熟悉的文件系统开始，一个经常需要磁盘碎片整理的系统—FAT。其实无论Windows用户还是Linux用户都会用到FAT文件系统。因为USB闪盘一般都使用这个文件系统。FAT是一个非常非常重要的文件系统，虽然它经常需要磁盘碎片整理。
我现在在磁盘上加入一个文件，于是磁盘看起来会变成这个样子：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t a e l e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e H e l l o , _ w o r l d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
（为了看起来更加清楚，g-z的空行被省略了）
正 如你所看到的，前4行是TOC（Table Of Contents），即所谓的内容表。TOC会存储磁盘上所有文件的位置。在我上面的例子中，TOC包含了一个名字叫做“hello.txt”的文件，并 且这个文件的内容是从ae到le的。往下看ae到le之间的内容，我们能看到这个文件的内容是“Hello，_world”
到目前为止，一切都正常对吗？好，那我们再来添加一个文件：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t a e l e b y e . t x t m e z
b e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e H e l l o , _ w o r l d G o o d b y e , _ w o r l d
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
正如你所见，第二个文件被紧接着放置在第一个文件之后。这样的好处是你所有的文件都会紧密地放置在一起，这样读取它们将会非常的迅速和方便。要知道磁盘上最慢的就是读写头的移动了，它移动的越少，则读取的速度越快。
但是，当我们需要修改第一个文件的时候，问题就出来了。现在假设我们需要在“hello.txt”文件的尾部加入两个感叹号，我们就会遇到问题：没有空间！文件“bye.txt”挡住了“hello.txt”的去路。这时候我们有两个解决方法，但是没有一个是完美的。
1 我们把文件“hello.txt”删掉，然后再“bye.txt”后面加入修改过后的“hello.txt”。
2 我们把文件“hello.txt”拆成两部分存储，这样在“bye.txt”之前就不会有空的磁盘空间了。
第一种种方式表现出来就是这样：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t a f n f b y e . t x t m e z
b e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 G o o d b y e , _ w o r l d
f H e l l o , _ w o r l d ! ! 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
第二种种方式表现出来就是这样：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t a e l e a f b f b y e . t x
b t m e z e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e H e l l o , _ w o r l d G o o d b y e , _ w o r l d
f ! ! 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
这就是为什么FAT格式的文件系统经常需要磁盘碎片整理的原因。所有的文件都紧挨着存放，所以任何时候，只要一个文件需要增大，就会产生碎片。而任何文件被删除了，就会留下一个空白区域。于是很快磁盘就会变成一堆乱糟糟的随便和空白，效率就会变低了。
而Linux 却用一种不同的方式来处理这种问题。对于单用户来说Windows的文件系统已经够好的了，但是Linux生来就是为多用户设计的系统，它总是假设在同一 时间有多个用户试图去操作不同的文件。所以Linux相对FAT文件系统，使用了另一种方法来设计自己的文件系统。Linux文件系统看起来是这样的：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t h n s n 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n 0 0 0 0 0 0 0 H e l l o , _ w o r l d 0 0 0 0 0 0 0
o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
r 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
u 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
v 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
w 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
当我们添加了文件以后就变成这样了：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t h n s n b y e . t x t d u q
b u 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n 0 0 0 0 0 0 0 H e l l o , _ w o r l d 0 0 0 0 0 0 0
o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
r 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
u 0 0 0 G o o d b y e , _ w o r l d 0 0 0 0 0 0 0 0 0
v 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
w 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
这种文件系统的好处是磁盘的磁头可以一直位于中间位置，而所有的文件平均下来都会非常近。
当我们仍然给“hello.txt”加入两个感叹号时，我们来看看这会引起多大的麻烦：
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t h n u n b y e . t x t d u q
b u 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T O C
e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
i 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
n 0 0 0 0 0 0 0 H e l l o , _ w o r l d ! ! 0 0 0 0 0
o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
r 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
u 0 0 0 G o o d b y e , _ w o r l d 0 0 0 0 0 0 0 0 0
v 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
w 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
对了！一点麻烦都没有！
Windows总是试图把文件存储在尽量靠近磁盘开始位置的地方，这导致当磁盘利用率变高的时候它经常会产生磁盘碎片。
Linux却在整个磁盘上存储文件，所以当文件的大小需要改变的时候，总是有足够的空间。
当然当磁盘利用率接近饱和的时候Linux也会需要文件整理。但是只要磁盘还有20%以上的可用空间，那么这种整理是基本不会发生的。
还有一点必须了解的是，即使当一个操作系统说某个磁盘已经完全碎片整理完毕了，但是根据一个磁盘的物理结构，碎片仍然会存在。因为磁盘总是由很多盘片和磁道组成的。
让我们来看看一个磁盘有两个盘片，aa到zm是第一个，an到zz是第二个。
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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一下的文件系统是有碎片的，因为文件横跨了行m和n。而这两行不是在一个盘片上的。要读取这个文件，磁盘的磁头必须从盘片1的最末尾跨越到盘片2的最开始。
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a T O C h e l l o . t x t r m e n 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
b 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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j 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
k 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H e l l o , _ w o
n r l d ! ! 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
p 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
最后，希望我以上的解释能让你明白为什么Linux不需要磁盘碎片整理，如果你还是没有明白，请尽管提出让你疑惑的地方。
对windows进行磁盘碎片整理的朋友，这里也做一点小小的友情提示。
1、整理磁盘碎片的时候，要关闭其他所有的应用程序，包括屏幕保护程序，最好将虚拟内存的大小设置为固定值。不要对磁盘进行读写操作。
2、整理磁盘碎片的频率要控制合适，过于频繁的整理也会缩短磁盘的寿命。一般经常读写的磁盘分区一周整理一次。
最后, 对那些仍抱怀疑态度的同学, 再提供下面两个事实:
第一，linux的病毒已经可以说是人迹罕至，几乎没有市场，而我们仍然能找到许多linux杀毒软件. 而类unox的系统诞生至今的几十个年头里却没有产生过1个碎片整理的软件
第二，很多类unix操作系统都是长年累月不关机的，诸如银行、电信、军工等系统，这些机器的磁盘读写量可是比家用机大多了。你能想象它们停止磁盘读写，在长达几小时内进行磁盘碎片整理所带来的后果吗？