Festplattenfragmentierung ist ein Nebeneffekt der Art und Weise, wie Daten in den Systemspeicher auf Festplattenlaufwerken (HDDs) und einigen anderen Speichertypen geschrieben werden. Sie tritt auf, wenn ein Computer Daten in den ersten verfügbaren Block auf dem Laufwerk schreibt und zusammenhängende Dateien aufteilt. Mit der Zeit verringert Fragmentierung die Lesegeschwindigkeit des Computers, da das Auffinden von Dateien länger dauert. Um die Festplatten Ihres Unternehmens zu optimieren und hohe Geschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, muss Ihr Speicherteam die Fragmentierung konsequent verwalten. Dieser Leitfaden befasst sich mit den Auswirkungen der Fragmentierung auf Festplatten, den Vor- und Nachteilen der Fragmentierung sowie ihrer langfristigen Verwaltung.
Was ist Festplattenfragmentierung?
Festplattenfragmentierung entsteht im Laufe der Zeit, wenn ein Gerät Daten in den ersten verfügbaren Block eines Laufwerks schreibt. Wenn ein Computer eine Datei auf seine Festplatte schreibt, ist es am schnellsten, den zuerst verfügbaren Speicherblock auszuwählen. Dadurch werden jedoch zusammenhängende Dateien auf dem Laufwerk aufgeteilt.
Kurz gesagt: Die Nähe ist entscheidend. Ein Betriebssystem speichert Anwendungs- und Dateidaten typischerweise in den Speicherblöcken am nächsten verfügbaren Ort auf einem Speichergerät. Dabei muss es sich nicht unbedingt um den Speicherblock handeln, der direkt an den vorherigen Block einer Anwendung angrenzt.
Fragmentierung tritt bei Festplattenlaufwerken auf, nicht jedoch bei Solid-State-Laufwerken. SSDs fragmentieren Dateien nicht auf dieselbe Weise wie Festplatten. Fragmentierung kann auch im primären Systemspeicher ( RAM) auftreten, wo Anwendungen und Systemprozesse Speicher in nicht zusammenhängenden Blöcken zuweisen und nutzen, während vorhandene Speicherregister verwendet und wiederverwendet werden. Dieser Artikel konzentriert sich jedoch auf die Fragmentierung von HDDs.
Die Festplattenfragmentierung nimmt typischerweise im Laufe der Zeit zu, während Lese- und Schreibvorgänge innerhalb eines Betriebssystems stattfinden. Anwendungen und Dateien werden hinzugefügt und entfernt, sodass durch den neu verfügbaren Speicher verschiedene Blöcke auf nicht zusammenhängende Weise frei werden. Mit der Zeit werden Dateien so stark fragmentiert, dass das Lesen der Daten auf der Festplatte zu einem langsamen Vorgang wird. Dies wird bisweilen als ineffiziente Nutzung von Dateispeicherressourcen betrachtet. Andererseits beschleunigt die Möglichkeit eines Betriebssystems, Dateien schnell in jeden verfügbaren Speicherblock zu schreiben, ohne zuvor Blöcke neu zuzuweisen, damit ein sequenzielles Lesen möglich ist, die Dateischreibvorgänge.
Ein gewisses Maß an Festplattenfragmentierung gilt im Allgemeinen als akzeptabler Kompromiss für höhere Leistung und Einfachheit. Mit der Zeit kann sie jedoch zu langsameren Laufwerken und verschwendetem Speicherplatz führen. Um Speicherplatz und Geschwindigkeit zu optimieren, müssen Unternehmen verstehen, wie Festplattenfragmentierung funktioniert und wie sie sich eindämmen lässt.
Arten der Fragmentierung
Die beiden häufigsten Arten der Fragmentierung sind die interne und die externe Fragmentierung.
- Interne Fragmentierung. Aufgrund der Aufteilung des Speichers in feste Partitionen passt eine Datei manchmal nicht optimal hinein. Wenn beispielsweise ein bestimmter Prozess 4 MB benötigt, das Speichersystem jedoch einen 6 MB großen Bereich zugewiesen hat, werden alle 6 MB belegt, obwohl der Prozess nur 4 MB nutzt. Wenn mehr Speicher zugewiesen wird, als für einen Schreibvorgang benötigt wird, bleibt Speicherplatz ungenutzt.
- Externe Fragmentierung. Wenn Speicherzuweisungsprozesse ineffizient sind, können sie Speicherfragmente auf dem Laufwerk hinterlassen, die zu klein sind, um sinnvoll genutzt zu werden. Versucht ein Prozess, diesen Speicher zu nutzen, kann er nicht ausgeführt werden, da der freie Speicher nicht zusammenhängend ist, sondern in unbrauchbare Fragmente auf dem Laufwerk aufgeteilt wurde.
Um die interne Fragmentierung einzudämmen, sollten Speicheradministratoren Software für die dynamische Speicherzuweisung verwenden, die häufig bereits im Betriebssystem vorhanden ist, damit nicht mehr Speicher zugewiesen wird als für die Ausführung eines Prozesses erforderlich. Zur Behebung externer Fragmentierung sollten Defragmentierungstools eingesetzt werden. Sie verschieben Fragmente auf Festplatten, sodass mehr zusammenhängender Speicherplatz verfügbar ist.
Speicherexperten empfehlen, eine Festplatte entweder zu defragmentieren, wenn sie zu 10 Prozent fragmentiert ist, oder einmal im Monat. Beides ist sinnvoll. Wenn ein bestimmtes Laufwerk jedoch ständig Daten schreibt und liest, sollte es regelmäßig defragmentiert werden.
Interne vs. externe Fragmentierung
Die folgende Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen interner und externer Fragmentierung sowie Möglichkeiten zur Eindämmung ihrer Auswirkungen.
| Interne Fragmentierung | Externe Fragmentierung | |
|---|---|---|
| Ursache | Interne Fragmentierung entsteht, weil Speicher und Speicherplatz typischerweise in Einheiten fester Größe aufgeteilt werden. | Externe Fragmentierung entsteht, weil der Speicher in Blöcke variabler Größe aufgeteilt wird, die von verschiedenen Prozessen dynamisch zugewiesen werden. |
| Ergebnis | Wenn Speicherplatz zugewiesen wird, eine Einheit fester Größe jedoch nicht vollständig ausfüllt, bleibt ein Fragment übrig. | Wenn Prozesse Speicherplatz auf einem Laufwerk nutzen und anschließend wieder freigeben, kann ein Fragment zurückbleiben. |
| Behebung | Verwenden Sie Tools für die dynamische Speicherzuweisung im Betriebssystem, um verschwendeten Speicherplatz zu reduzieren. | Verwenden Sie Defragmentierungssoftware. |
Vorteile der Fragmentierung
Zu den Vorteilen der Festplattenfragmentierung gehören schnellere Schreibvorgänge, weniger Schreibfehler und eine optimierte Speichernutzung. Festplattenfragmentierung ist nicht immer negativ, sondern ein Kompromiss bei Speichersystemen, die ihre Schreibleistung verbessern müssen.
Schnellere Schreibvorgänge
Da Daten in den unmittelbar verfügbaren Block auf dem Laufwerk geschrieben werden, kann der Computer Daten schneller schreiben. Das System versucht nicht, den Speicher neu zu organisieren, um zusammenhängende Schreibvorgänge zu ermöglichen, wodurch die Geschwindigkeit beim Schreiben steigt.
Weniger Fehler
In einem System, das Fragmentierung nicht zulässt, schlägt ein Schreibvorgang fehl, wenn nicht genügend zusammenhängender Speicherplatz vorhanden ist. In einem fragmentierten System schlägt der Schreibvorgang jedoch nicht automatisch fehl, nur weil nicht genügend zusammenhängender Speicherplatz verfügbar ist. Dateien derselben Anwendung können an verschiedenen Stellen auf der Festplatte geschrieben werden.
Optimierte Speichernutzung
Da ein fragmentiertes System jeden verfügbaren Speicherblock nutzt, kann es möglicherweise mehr Speicherplatz eines Speichergeräts verwenden. Die Optimierung des Festplattenspeichers kann außerdem Kosten sparen. Hochwertige Festplatten können teuer sein, und Unternehmen müssen in viele davon investieren. Fragmentierung hilft HDDs, mehr des vorhandenen Speicherplatzes zu nutzen, wobei dieser Vorteil weniger relevant wird, sobald eine Festplatte stark fragmentiert ist und nur noch sehr begrenzter Blockspeicher für die Ausführung von Prozessen zur Verfügung steht.
Nachteile der Fragmentierung
Während Fragmentierung zunächst der Festplattenleistung zugutekommt, verlangsamt sie Systeme mit der Zeit erheblich, wenn sie nicht überwacht wird. Das ist problematisch, da sie die Datenlesegeschwindigkeit verringert und eine regelmäßige Wartung durch die Speichereams erfordert.
Langsamere Lesegeschwindigkeiten
Fragmentierung kann zu einer langsameren Lesegeschwindigkeit führen, da sich die für die Ausführung einer Anwendung erforderlichen Dateien möglicherweise nicht alle am selben Ort befinden. Der Computer muss nicht zusammenhängende Speicherorte durchsuchen, um all diese Dateien zu finden, was zeitaufwendig werden kann. Auf einem einzelnen Consumer-Laptop fällt dies möglicherweise kaum auf, auf Unternehmensrechnern zeigt sich der Effekt jedoch schnell, insbesondere auf leistungsstarken Computern, auf denen geschäftskritische Anwendungen ausgeführt werden.
Notwendigkeit einer regelmäßigen Defragmentierung
Fragmentierung muss behoben werden. Bei interner Fragmentierung müssen Administratoren Tools zur Speicherzuweisung verwenden, um verschwendeten Speicherplatz auf Speichergeräten oder im RAM zu vermeiden. Bei externer Fragmentierung müssen Administratoren Defragmentierungstools einsetzen, um den verbleibenden Speicher neu anzuordnen, damit neue Prozesse ausreichend Platz für ihre Ausführung haben.
Lesen Sie mehr über die besten Defragmentierungstools für Festplatten.
Fazit: Festplattenfragmentierung
Festplattenfragmentierung ist zwar ein unvermeidlicher Bestandteil von Festplatten, lässt sich aber auch verwalten. Ihr IT- oder Speicherteam sollte häufig verwendete Speichergeräte regelmäßig auf Fragmentierungsprobleme prüfen. Ein möglicher Hinweis sind langsame Lesegeschwindigkeiten.
Verwenden Sie zur Verwaltung der internen Fragmentierung Tools für die dynamische Speicherzuweisung, unabhängig davon, ob diese bereits im Betriebssystem vorhanden sind oder von einem Drittanbieter stammen. Zur Verwaltung der externen Fragmentierung sollten Sie eine gut bewertete Defragmentierungslösung für Unternehmen einsetzen. Festplattenfragmentierung ist für schnelle Schreibvorgänge erforderlich, erfordert jedoch eine konsequente Wartung, damit Laufwerke langfristig nutzbar bleiben.
Lesen Sie mehr über den Nutzen von Festplatten in Rechenzentren als Nächstes.
Sean Michael Kerner hat zu diesem Bericht beigetragen.