磁碟碎片

檔案碎片及碎片重組演示

在計算領域，檔案系統碎片（英語：File system fragmentation，或稱磁碟碎片、檔案系統老化）是檔案系統將檔案內容非連續排列以方便就地修改其內容的結果，亦是碎片化的特例。磁碟碎片會增加磁碟磁頭移動頻率，即增加了尋道時間，會降低磁碟讀寫效能，進而影響作業系統及軟件效能。另外，檔案系統不能承受無限制的碎片。對現有碎片的更正稱為碎片重組，是將檔案和可用空間重新組織為連續區域的過程。

固態磁碟（SSD）不是真正的磁碟，也不是「旋轉的」，所以沒有檔案碎片問題。

原因

在分區上首次初始化檔案系統時，它只包含一些小的內部結構，其他區域則是一塊連續的可用空間，意味着檔案系統能將新檔案放在分區任何位置。在檔案系統建立後的一段時間內，其檔案佈局近乎最佳，當安裝作業系統或軟件或解包存檔時，單獨的檔案按順序生成，因此相關檔案的位置接近。

刪除或截斷某檔案可能會騰空區塊；但加到檔案的新內容可能會放在分開區塊而非檔案結束處，因為該處可能已分配給另一份檔案，因此檔案會有新片段。隨着時間過去，相同因素使可用空間以及頻繁附加的檔案變碎。可用空間變短也意味檔案系統不能再為新檔案分配連續空間，而必須將它們拆碎。當儲存空間變滿且無大量連續的可用空間時尤其如此。

簡單範例

對自由空間碎片和檔案碎片發生過程的簡單範例

磁碟中5份檔案甲、乙、丙、丁、戊按順序連續儲存，每份檔案佔10區，（例子中每區大小不重要）剩餘區域即是可用空間，因此可在檔案戊之後新增檔案。

類型

以下幾個層次可能會出現檔案系統碎片：

• 各個檔案中的碎片
• 可用空間碎片
• 在獨立但相關檔案間之訪問局部性減少

檔案分散

參見：檔案序列

檔案分割，也稱為相關檔案碎片，或者應用程式級（檔案）碎片，指缺乏參照的局部性（在儲存介質中）在相關檔案之間。

消極後果

對於消費級硬碟驅動器而言，磁碟碎片是個很嚴重的問題。因為增大差距在順序訪問速度和旋轉延遲（以及較小程度上尋道時間）之間其上檔案系統通常放置。因此，碎片是在檔案系統的研究與設計的一個重要問題。碎片的遏制不僅很大程度上依賴於檔案系統在磁碟上的格式，還取決於它的實現。相對於機械磁碟，檔案系統碎片對固態硬碟造成的效能影響較小，因為不涉及機械尋道時間。但是，檔案系統還需要儲存另一個元數據對於相對應的檔案，每條元數據本身需要佔用空間，並且需要處理動力和處理器時間。如果達到碎片的最大極限，將會導致寫入請求失敗。

在簡單的檔案系統基準測試中，往往省略了碎片因素，因為模擬現實的老化和碎片化是困難的。

緩和

防止碎片

為了避免產生碎片，檔案系統或作業系統會通過寫入快取區，將待寫入的數據快取在主記憶體中，一段時間後才連續寫入到磁碟中，避免直接寫入大量小封包的；又或者為一個檔案對象分配一段連續的可用空間（如Extent技術）以方便連續寫入。對於應用程式，如果在知道檔案大小固定的情況下，也可以直接建立相應檔案大小的空白檔案作為預分配處理，雖然這不及由檔案系統分配連續空閒空間直接和高效。

碎片重組

主條目：碎片重組

碎片重組是減少檔案碎片的過程，將檔案片段集合連接起來。部份碎片整理軟件會將經常按順序讀取的小檔案放在一個目錄中。

固態磁碟採用快閃記憶技術，沒有移動部件，運作方式與傳統硬碟不同，無須以重組碎片改善讀取速度，但故障前寫入次數有限，所以重組其檔案碎片弊多於利（除了緩解災難性故障）。