Dateisystem Defragmentierung

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Wo ist noch Platz frei?

Wie findet das Dateisystem einen freien Platz, wenn eine neue Datei untergebracht werden muss? Historisch haben sich hauptsächlich zwei Varianten entwickelt:
Die Festplatte wird nach einem freien Bereich durchsucht, der genauso groß oder größer ist als die zu speichernde Datei. Auf den ersten Blick scheint das die optimale Methode zu sein. Allerdings bleiben immer wieder kleine Reste übrig, und nach einiger Zeit besteht der ganze freie Platz nur noch aus kleinen Resten. Programme brauchen manchmal einen zusammenhängenden Speicherbereich für Daten. Sobald ein Programm einen zusammenhängenden Speicherplatz anfordert und ihn nicht erhalten kann, wird ein „großes Aufräumen“ nötig (die sogenannte Garbage Collection = Müllsammlung). Dabei werden Dateien verschoben, um zusammenhängende freie Bereiche zu erhalten. Diese Aufräumaktionen kommen für den Benutzer völlig unerwartet. Doch eine mehrminütige Zwangspause während der Arbeitszeit kann sich ein professionell genutztes Betriebssystem nicht leisten. Deshalb findet man diese Art der Verwaltung nur in älteren Home- und Spielcomputern.
Die zweite Möglichkeit: Wenn das Betriebssystem freien Platz für eine neue Datei braucht, durchsucht es die FAT vom Anfang an, nötigenfalls bis zum Ende. Die erste freie Verwaltungseinheit wird verwendet, unabhängig von deren Größe. Falls die Datei nicht vollständig hineinpasst, wird der nächste freie Bereich gesucht und das nächste Stück der Datei dort untergebracht usw. Die Dateien sammeln sich am Anfang der Festplatte, der hintere Teil der Festplatte bleibt weitgehend frei.
Dieses zweite Verfahren wird von allen DOS- und Windows-Systemen verwendet. Es ist relativ einfach zu programmieren und macht keine spontanen „Aufräumpausen“.
Ein weiterer Vorteil: Dateien werden vorzugsweise am Anfang der Festplatte (in deren Außenbereichen) gespeichert. Magnetfestplatten lesen und schreiben Daten auf den Außenspuren etwa dreimal schneller als in den innenliegenden Spuren.
Allerdings haben beide Verfahren den gleichen Nachteil: Durch das ständige Reservieren und Freigeben von Speicherplatz wird zusammenhängender Speicherplatz immer seltener. Immer mehr Dateien können nicht mehr zusammenhängend geschrieben werden, sondern sie werden zum Schreiben in Stücke zerlegt. Diesen fortschreitenden Effekt nennt man Fragmentierung. Die Fragmentierung macht den PC zunehmend langsamer. Ein Aufräumen ist sinnvoll. Unter Windows 7 heißt die Aufräumaktion „Defragmentierung“, bei Windows 8 heißt sie „Optimierung“. Im Unterschied zur „Garbage Collection“ kann man sich den Zeitpunkt der Defragmentierung aussuchen, z. B. monatlich. Windows 7 und höher defragmentieren die Festplatte jeden Mittwoch früh automatisch im Hintergrund, Sie brauchen sich also nicht darum kümmern.
Beachten Sie: Defragmentieren ist kein Aufräumen im Sinne von „überflüssige Dateien löschen“. Alle Dateien (auch temporärer Müll) bleiben dabei erhalten, sie werden lediglich besser (zusammenhängender) angeordnet. Falls Sie temporäre Dateien löschen wollen (z. B. mit der Datenträgerbereinigung), tun Sie es am besten vor der Defragmentierung.
Sie wollen eine perfekte Defragmentierung? Wenn Sie Dateien in eine leere Partition kopieren, werden sie dort unfragmentiert abgelegt. Lagern Sie die Daten einer Partition auf eine andere Partition oder externe Festplatte aus, formatieren Sie die Quellpartition und kopieren Sie die Dateien zurück. Mit der Systempartition geht das leider nicht. Allerdings hat das Verfahren einen kleinen Mangel: Wenn Sie Benutzerrechte vergeben haben, müssen diese Rechte erneut vergeben werden.
Können durch häufiges Defragmentieren Daten verloren gehen? Nur bei Stromausfall, Drücken der Reset-Taste oder ähnlichen Vorfällen. Bereiche mit nachlassender Magnetisierung werden zu einem Zeitpunkt entdeckt, wo mehrere Leseversuche vielleicht noch Erfolg haben, und werden anschließend als „Defekt“ markiert. Durch das Schreiben wird die Magnetisierung der Bits aufgefrischt. Deshalb empfehle ich, den Inhalt von unbenutzten Archiv-Magnetfestplatten alle paar Jahre auszulagern, die Platte zu formatieren und die Daten zurückzuschreiben.

Je voller die Partition ist, desto länger dauert die Suche nach einem freien Platz. Bei einer 125-GB-Partition mit 4 000 000 Clustern müssten also bis zu 4 Millionen Einträge in der FAT überprüft werden, um ein freies Plätzchen zu finden (siehe Abschnitt „Sektoren und Verwaltungseinheiten“). Das ist einer der Gründe, warum man eine Partition nicht voller als 80 % bis höchstens 90 % machen sollte, denn andernfalls geht die Geschwindigkeit des PCs immer schneller zurück. Lassen Sie es niemals so weit kommen, dass die Festplatte bis auf das letzte Byte voll ist! Das kann Windows zum Absturz bringen und zu Datenverlusten führen.
Wie ermittelt man, wie voll eine Partition ist? Im Explorer zeigt ein Klick auf „Dieser PC“ die vorhandenen Laufwerksbuchstaben (Partitionen) an. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Laufwerk und wählen Sie „Eigenschaften“. Oder Sie ändern im Explorer das Layout auf „Details“. Auch der Festplattenmanager DISKMGMT.MSC bietet eine Gesamtübersicht.

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Posted on

19. Mai 2020

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