幾乎從硬盤誕生的時候開始，磁盤碎片的概念就產(chǎn)生了。最初的磁盤操作系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)計了一個文件分配表，用來記錄哪些文件儲存在哪些扇區(qū)當中，這樣就允許一個文件可以儲存在不連續(xù)的扇區(qū)當中。
有了文件分配表，在操作系統(tǒng)上同一分區(qū)中移動文件時，不必移動儲存在扇區(qū)中的數(shù)據(jù)，只需修改文件分配表中的鏈接就可以了，刪除文件時也不必重寫文件所在的扇區(qū)，只需將文件分配表中該文件所在的扇區(qū)標記為空就可以了。
這樣的設(shè)計使得操作系統(tǒng)能夠更有效的利用磁盤空間，不過與此同時，也衍生出了一個新的概念—磁盤碎片。
扇區(qū)：硬盤中儲存數(shù)據(jù)的最小尋址單元，容量為512字節(jié)。后來又出現(xiàn)了簇的概念，它是扇區(qū)的擴展。
文件分配表(FAT)：被廣泛應(yīng)用的組織和管理文件的文件系統(tǒng)。
磁盤碎片的產(chǎn)生
接下來，我們將通過下圖來了解兩種磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程。為了直觀，我們將下面這幅硬盤結(jié)構(gòu)圖中的盤片部分簡單的劃分成3磁道共18扇區(qū)。我們不打算去考慮每個盤片有上千條磁道、每條磁道有上千個扇區(qū)的情況，也不考慮柱面的概念，忽略簇的概念，省略一切有礙理解的東西，用最簡單的圖，看清楚什么是磁盤碎片。
磁頭：用于讀取、寫入、清除數(shù)據(jù)，是硬盤中技術(shù)含量最高的部件。在音圈馬達的帶動下可沿Z移動到各條磁道。
盤片：表面涂有可記錄磁性的物質(zhì)，用于存儲數(shù)據(jù)。在這幅圖片中，由灰色線將盤片劃分成了3條磁道，每條磁道又劃分出若干個單元格，這里每一個單元格代表一個扇區(qū)。
主軸：內(nèi)有軸承、馬達，可帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)。
音圈馬達：硬盤里的定位馬達，類似于音頻揚聲器里所用的馬達。
磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程 （例一）
圖中，系統(tǒng)正在向硬盤中寫入一個文件，名為“椰子”，該文件體積較大，需要占用5個扇區(qū)的空間，因此要完全寫入到硬盤當中需要較長的時間。磁頭從1號扇區(qū)開始順時針方向?qū)懭胛募?，?號扇區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入完時，硬盤接到了一條新的命令—寫入文件“葡萄”，文件“葡萄”體積較小，只需占用1個扇區(qū)的空間，它被寫入到了扇區(qū)3當中。
這樣一來，由于3號扇區(qū)已經(jīng)被占用，文件“椰子”剩下的數(shù)據(jù)就要從4號扇區(qū)開始寫入，最后，剩下的數(shù)據(jù)被寫入到了4至6號扇區(qū)。如圖，由于“葡萄”的插隊，文件椰子無法儲存在連續(xù)的扇區(qū)當中，被分割開的這兩段數(shù)據(jù)就被稱為磁盤碎片。
磁盤碎片產(chǎn)生的典型過程 （例二）
例一中的硬盤經(jīng)過一段時間的使用之后，內(nèi)部儲存的文件發(fā)生了一些變化：一個新文件“西瓜”被寫入到了硬盤當中，之后文件“葡萄”被刪除了。
這時，硬盤接到了寫入文件“橘子”的命令，“橘子”需要占用3個扇區(qū)的儲存空間。如圖，現(xiàn)在硬盤中共有兩段不連續(xù)的可用空間，但任何一段單獨的可用空間都不足以容納整個“橘子”文件，不得已，“橘子”被拆分為兩部分寫入硬盤剩余的可用空間中，從而產(chǎn)生了磁盤碎片。
例一中的情況在下載大文件時十分常見，因為下載文件的過程不需要人為干預(yù)，所以一般人在下載文件的過程中都會做一些其它的事情。
如：瀏覽網(wǎng)頁、玩游戲等等。瀏覽網(wǎng)頁的過程中瀏覽器會產(chǎn)生大量的“Internet 臨時文件”，玩游戲的過程中游戲程序也可能會產(chǎn)生臨時文件，或因內(nèi)存不足導致操作系統(tǒng)改變了頁面文件的大小，這些情況都可能如例一般影響下載中的文件，產(chǎn)生磁盤碎片。實際使用中往往一部電影文件被下載到硬盤中之后會有數(shù)千個磁盤碎片。
例二中的情況是在刪除了舊文件、添加新文件時發(fā)生的。通常情況下，系統(tǒng)會在對文件來說足夠大的第一個連續(xù)可用空間上存儲文件。如果沒有足夠大的可用空間，系統(tǒng)會將盡可能多的文件保存在最大的可用空間上，然后將剩余數(shù)據(jù)保存在下一個可用空間上。
因此，除非擁有容量無限大的硬盤，否則，在有限的硬盤空間中進行添加和刪除文件的操作就必然會有例二這種產(chǎn)生磁盤碎片的情況發(fā)生。當然，較實際需求大的硬盤空間可以減少這種情況的發(fā)生。
磁盤碎片的危害
通常，磁盤碎片并不影響硬盤的正常工作，它的主要危害在于會降低硬盤的讀寫速度，不過當大量磁盤碎片存在于Windows的重要文件中時，也可能導致系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失。磁盤碎片會降低硬盤讀寫速度的原因來自兩個方面。
第一方面，觀察上圖，當硬盤讀取文件“橘子”時，磁頭需劃過圖中的陰影區(qū)域，但其中有一部分并不是“橘子”所在的扇區(qū)，因此，和讀取連續(xù)的文件比起來，讀取碎片“橘子”時，硬盤增加了等待盤片旋轉(zhuǎn)到指定扇區(qū)的潛伏期和磁頭切換磁道所需的尋道時間。
同理，在寫入數(shù)據(jù)時，也會因無法將數(shù)據(jù)寫入到連續(xù)的扇區(qū)中而降低速度。
另一方面是因為緩存，操作系統(tǒng)會在內(nèi)存中劃分一部分區(qū)域作為緩存，有些硬盤也會為內(nèi)置的緩沖區(qū)設(shè)置緩存功能，緩存的一項功能是“預(yù)取”：在硬盤讀取完指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)之后、接到系統(tǒng)的下一條指令之前，磁頭接著讀取相鄰的若干扇區(qū)的數(shù)據(jù)并存入緩存中，如果系統(tǒng)接下來所需的數(shù)據(jù)正好就是相鄰扇區(qū)的數(shù)據(jù)，那么便可以直接從緩存中讀取而不用磁頭再尋址，提高了訪問速度。
緩存同樣可以增加硬盤的寫入速度。在實際生活中，一般的文件都會占用成千上萬個扇區(qū)的空間，根據(jù)緩存“預(yù)取”的原理，如果硬盤中的文件完全沒有磁盤碎片的話，那么“預(yù)取”的命中率就可以達到幾乎100%，但因為有磁盤碎片，通?！邦A(yù)取”的命中率只在50%左右。
整理已經(jīng)存在的磁盤碎片
既然知道了磁盤碎片的危害，接下來就是要了解如何去除磁盤碎片。要去除硬盤中已經(jīng)存在的磁盤碎片，通常的做法是使用專門的磁盤碎片整理程序，它可以分析硬盤中的磁盤碎片，移動并合并碎片文件，使每個文件都可以占用硬盤上單獨而連續(xù)的儲存空間。
使用Windows的磁盤碎片整理程序
對于使用Windows系統(tǒng)的用戶來說，進行磁盤碎片整理是很方便的，因為在Windows系統(tǒng)中自帶了一個磁盤碎片整理程序，您可以通過開始菜單運行這個程序。該程序界面簡單、使用十分方便，它和Windows系統(tǒng)的兼容性很好，而且免費，是大多數(shù)人的第一選擇。它最大的缺點是整理磁盤碎片的速度較慢。
使用其它的磁盤碎片整理程序
除了使用Windows自帶的磁盤碎片整理程序外，我們還可以選用其他軟件公司開發(fā)的磁盤碎片整理程序。這些軟件大都是收費的，界面也通常是英文的，不過它們在整理磁盤碎片方面的能力是Windows的整理程序無法比擬的。
一、Vopt XP
二、Norton Speed Disk
三、 O&O Defrag
四、Executive Diskeeper
五、PerfectDisk
以上五款磁盤碎片整理程序都是較為著名的，而且在網(wǎng)絡(luò)上可以找到它們的漢化補丁，通過漢化補丁可以將它們的界面漢化為中文。
預(yù)防磁盤碎片的出現(xiàn)
磁盤碎片出現(xiàn)之后的整理畢竟是被動的，雖然硬盤的使用過程中不可避免的會出現(xiàn)磁盤碎片，不過我們還是有很多方法可以減少磁盤碎片的出現(xiàn)。這里將要介紹的是最有效和常見的方法——通過合理的分區(qū)和分配文件預(yù)防磁盤碎片的出現(xiàn)。
C 盤里放什么文件
如果用硬盤性能測試軟件測試一個硬盤中的各個分區(qū)，會發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，硬盤中的第一個分區(qū)C的性能最高，接下來依次是D、E、F……同一個硬盤中的各個分區(qū)為什么會有這種性能差距呢？請觀察下圖
圖中的硬盤盤片被劃分為3條磁道，每條磁道所包含的扇區(qū)數(shù)量并不相同，最外側(cè)的磁道包含8個扇區(qū)，中間的磁道有6個扇區(qū)，內(nèi)側(cè)的則只有4個扇區(qū)。
因此，盤片轉(zhuǎn)動一周，磁頭在外側(cè)磁道可以讀取到八個扇區(qū)的數(shù)據(jù)，而在內(nèi)側(cè)磁道只能讀取到一半的數(shù)據(jù)，這就是性能差距的原因。在分區(qū)時，C盤總是從最外側(cè)磁道開始劃分，因此C盤是硬盤中性能最好的分區(qū)。要將哪些文件儲存在這性能最好的分區(qū)之中是個需要認真對待的問題。
在上文中我們曾接觸過頁面文件，作為虛擬內(nèi)存的重要組成部分，頁面文件每天都要經(jīng)受無數(shù)次的讀寫，在物理內(nèi)存容量不高的系統(tǒng)中，虛擬內(nèi)存的性能對系統(tǒng)的整體性能至關(guān)重要。因此，將頁面文件放置在C盤中是我們的最佳選擇。
上文中曾經(jīng)簡略提到過虛擬內(nèi)存是產(chǎn)生磁盤碎片的重要原因，其實，雖然頁面文件每天會被無數(shù)次的讀寫，不過這并不會產(chǎn)生磁盤碎片，頁面文件會產(chǎn)生磁盤碎片的原因在于它的可變大小。
在日常使用中，操作系統(tǒng)會根據(jù)負載，在預(yù)先設(shè)置的頁面文件最大值和最小值之間自動改變頁面文件的大小，這種頻繁改變頁面文件大小的過程才是產(chǎn)生磁盤碎片的原因。因此，在設(shè)置頁面文件大小時應(yīng)將最大值和最小值設(shè)置為相同的數(shù)值。
其它分區(qū)的管理
介紹完了頁面文件的安置，下面將介紹上文中曾經(jīng)提到過的另外兩項產(chǎn)生磁盤碎片的要素：“Internet 臨時文件”和“臨時文件”。這兩種文件會使其它文件產(chǎn)生大量的磁盤碎片。默認情況下，他們分別被儲存在“Temporary Internet Files”文件夾和“TEMP”文件夾中，和頁面文件一樣，它們的存儲位置也是可以改變的。
因此，優(yōu)化它們的方法就是將它們和其它的文件分開，放置到一個單獨的分區(qū)當中。
最后處理的是電影和音樂文件，這兩種文件通常體積較大，因此非常容易受其它文件的影響產(chǎn)生大量的磁盤碎片。用一般的下載軟件下載的話，一個500M的電影文件有5000個以上的磁盤碎片是常有的事。
不過，這兩種文件對讀取速度的要求都非常低，中等畫質(zhì)的電影文件的位率也不過就是500Kbps而已，遠遠低于硬盤的讀取能力，因此，即使一個電影文件有5000個磁盤碎片，也不會對影片的正常播放產(chǎn)生絲毫的影響。
對于這些文件，我們將它們儲存在硬盤的最后一個分區(qū)當中，同時給它們分配足夠多的空間，并且永遠不用考慮對它們進行磁盤碎片整理。
簇的大小
在文章的一開始，介紹磁盤碎片的產(chǎn)生的時候，為了便于理解，忽略了簇的概念?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)理解了磁盤碎片的產(chǎn)生，是時候認識簇的存在了。
硬盤誕生的時候，并沒有簇的概念，簇是隨著文件分配表的發(fā)展而產(chǎn)生的。
在沒有簇的時代，面對一個容量為360KB的磁盤，根據(jù)一個扇區(qū)的容量為512字節(jié)，就可以計算出這個磁盤一共有720個扇區(qū)。要記錄磁盤上每一個扇區(qū)的信息，這個磁盤上的文件分配表就應(yīng)當至少有720條記錄。
事實上，那時在磁盤上使用的是12位的文件分配表，12位的含義是2的12次方，即4096，也就是說，當時在磁盤上使用的文件分配表有4096條記錄，最多可支持4096個扇區(qū)。根據(jù)扇區(qū)的容量計算可得：12位的文件分配表最大可支持2MB的磁盤空間。隨著硬盤技術(shù)的發(fā)展，12位的文件分配表很快就不夠用了，采用更大的16位文件分配表的同時，簇的概念產(chǎn)生了。
簇就是更大的扇區(qū)，它可以是一個扇區(qū)、也可以是2個、4個、8個等等，它究竟有多大是在高級格式化的時候決定的。把相鄰的若干個扇區(qū)組合起來就是一個簇，和扇區(qū)一樣，一個簇內(nèi)不允許存在兩個文件，因此當儲存一段比單個簇的容量還要小的數(shù)據(jù)時，會浪費一些儲存空間。
網(wǎng)絡(luò)上一直流傳著一種奇怪的說法，認為較小的簇有助于減少磁盤碎片，提到這一點的文章都沒有對這個問題作更深的解釋，我們也無從得知這些文章的作者為何會這樣認為。
從上文中兩種產(chǎn)生磁盤碎片的典型過程來看，磁盤碎片的產(chǎn)生與簇的大小并無直接關(guān)系。事實上，較大的簇可以減少硬盤中簇的總數(shù)，而簇的總數(shù)限制了碎片的總數(shù)。
舉例而言，假設(shè)一個硬盤中只有18個簇，那么這個硬盤中最多也只能產(chǎn)生18個碎片。而使用較小的簇則會增加出現(xiàn)更多磁盤碎片的可能性。因此，我們沒有理由相信較小的簇可以減少磁盤碎片。
當硬盤中存在大量小文件時，較小的簇有助于節(jié)省一部分儲存空間。因此，從節(jié)約空間的角度考慮應(yīng)當采用較小的簇，而從減少磁盤碎片的角度考慮則應(yīng)當采用較大的簇。
