إلغاء التجزئة

في صيانة أنظمة الملفات ، تُعدّ عملية إلغاء التجزئة عمليةً تُقلّل من درجة التجزئة ، أي الملفات المخزّنة في أجزاء متعددة غير متجاورة على وسيط التخزين. ويتم ذلك من خلال تنظيم محتويات جهاز التخزين المستخدم لتخزين الملفات فعليًا في أقل عدد ممكن من المناطق المتجاورة (الأجزاء، الامتدادات ). كما تسعى هذه العملية إلى إنشاء مساحات أكبر من المساحة الحرة باستخدام الضغط لمنع عودة التجزئة.

تُعدّ عملية إلغاء التجزئة مفيدة وذات أهمية لأنظمة الملفات على محركات الأقراص الكهروميكانيكية ( محركات الأقراص الصلبة ، ومحركات الأقراص المرنة ، ووسائط الأقراص الضوئية ). فعند الوصول إلى الملفات المجزأة، تكون حركة رؤوس القراءة/الكتابة على القرص الصلب أبطأ من الوصول إلى محتويات ملف غير مجزأ بالكامل بشكل متسلسل دون تحريك رؤوس القراءة/الكتابة للبحث عن أجزاء أخرى.

يحدث التجزؤ عندما لا يخصص نظام الملفات مساحة متصلة كافية لتخزين ملف كامل كوحدة واحدة، بل يضع أجزاءً منه في فجوات بين الملفات الموجودة. عادةً ما تنشأ هذه الفجوات عند حذف ملف، وأحيانًا عند تخصيص مساحة زائدة له. تساهم الملفات التي تُضاف إليها البيانات بشكل متكرر (كما هو الحال مع ملفات السجلات)، وإضافة الملفات وحذفها، وكثرة عدد الملفات، في التجزؤ وما يترتب عليه من انخفاض في الأداء. ويهدف إلغاء التجزؤ إلى التخفيف من هذه المشاكل.

مثال

يحتوي قرص فارغ على خمسة ملفات، من A إلى E، يشغل كل منها 10 كتل من المساحة (في هذا القسم، الكتلة هي وحدة تخصيص في نظام الملفات ؛ ويتم تحديد حجم الكتلة عند تهيئة القرص، ويمكن أن يكون أي حجم يدعمه نظام الملفات). على قرص فارغ، تُخصص جميع هذه الملفات تباعًا (انظر المثال 1 في الصورة). إذا حُذف الملف B، فسيكون هناك خياران: إما وضع علامة على المساحة المخصصة للملف B كمساحة فارغة لاستخدامها لاحقًا، أو نقل جميع الملفات التي تلي B بحيث تكون المساحة الفارغة في النهاية. نظرًا لأن نقل الملفات قد يستغرق وقتًا طويلاً إذا كان هناك العديد من الملفات التي تحتاج إلى النقل، فعادةً ما تُترك المساحة الفارغة كما هي، مع وضع علامة عليها في جدول كمتاحة للملفات الجديدة (انظر المثال 2 في الصورة). ^{[ ملاحظة 1 ]} عند تخصيص ملف جديد، F، يتطلب 6 كتل من المساحة، يمكن وضعه في الكتل الست الأولى من المساحة التي كان يشغلها الملف B سابقًا، وستظل الكتل الأربع التالية له متاحة (انظر المثال 3 في الصورة). إذا تمت إضافة ملف جديد آخر، G، ويحتاج فقط إلى 4 كتل، فإنه يمكن أن يشغل المساحة التي تلي F وتسبق C (المثال 4 في الصورة). يتم تخزين كل قسم من أقسام الملف في حزم منفصلة عبر محرك الأقراص؛ وعند حذف الملف، فإنه يترك مساحات غير مستخدمة تساهم في تجزئة القرص.

ومع ذلك، إذا كان الملف F بحاجة إلى التوسيع، فهناك ثلاثة خيارات، لأن المساحة التي تليه مباشرة لم تعد متاحة:

1. انقل الملف F إلى مكان يُمكن فيه إنشاؤه كملف واحد متصل بالحجم الجديد الأكبر. لن يكون ذلك ممكنًا إذا كان حجم الملف أكبر من أكبر مساحة متصلة متاحة. قد يكون حجم الملف كبيرًا جدًا لدرجة أن العملية ستستغرق وقتًا طويلًا بشكل غير مرغوب فيه.
2. انقل جميع الملفات التي تلي الملف F حتى تجد مساحة كافية لإعادة ترتيبها بشكل متجاور. يطرح هذا نفس المشكلة كما في المثال السابق: إذا كان عدد الملفات قليلاً أو البيانات المراد نقلها قليلة، فلن تكون هناك مشكلة كبيرة، ولكن إذا كان هناك آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الملفات، فلن يكون هناك وقت كافٍ لنقلها جميعًا.
3. أضف كتلة جديدة في مكان آخر، وحدد أن الملف F له امتداد ثانٍ (انظر المثال 5 في الصورة). كرر هذه العملية مئات المرات، وسيحتوي نظام الملفات على عدد من المقاطع الصغيرة الفارغة المتناثرة في أماكن متعددة، وستحتوي بعض الملفات على امتدادات متعددة. عندما يحتوي ملف ما على امتدادات متعددة كهذه، قد يصبح وقت الوصول إليه طويلاً للغاية بسبب عمليات البحث العشوائي التي سيجريها القرص أثناء قراءته.

بالإضافة إلى ذلك، لا يقتصر مفهوم "التجزئة" على الملفات الفردية التي لها مساحات متعددة على القرص. على سبيل المثال، يمكن اعتبار مجموعة من الملفات التي تُقرأ عادةً بتسلسل معين (مثل الملفات التي يصل إليها برنامج عند تحميله، والتي قد تشمل بعض مكتبات الارتباط الديناميكي ، أو ملفات الموارد المختلفة، أو الرسومات والصوت في لعبة) مجزأة إذا لم تكن مرتبة بترتيب تحميل متسلسل على القرص، حتى لو لم تكن هذه الملفات الفردية مجزأة؛ إذ سيتعين على رؤوس القراءة والكتابة البحث عن هذه الملفات (غير المجزأة) عشوائيًا للوصول إليها بالتسلسل. قد تكون بعض مجموعات الملفات قد تم تثبيتها في الأصل بالتسلسل الصحيح، ولكنها تتباعد بمرور الوقت مع حذف بعض الملفات داخل المجموعة. تُعد التحديثات سببًا شائعًا لذلك، لأنه لتحديث ملف، تقوم معظم برامج التحديث عادةً بحذف الملف القديم أولاً، ثم كتابة ملف جديد مُحدَّث مكانه. ومع ذلك، لا تكتب معظم أنظمة الملفات الملف الجديد في نفس الموقع الفعلي على القرص. وهذا يسمح لملفات غير ذات صلة بملء المساحات الفارغة المتبقية.

إلغاء التجزئة هو عملية نقل أجزاء الملفات (كتل التخصيص الفيزيائي) بحيث تندمج في النهاية، ويفضل أن تندمج في كتلة واحدة. يتطلب ذلك عادةً عمليتي نسخ على الأقل: الأولى لنقل الكتل إلى مساحة تخزين مؤقتة فارغة على القرص لإتاحة المزيد من النقل، والثانية لنقل الكتل نهائيًا إلى مكانها المقصود. في هذا النموذج، لا تُحذف أي بيانات من القرص، مما يسمح بإيقاف العملية بأمان حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي. توضح الصورة المرفقة مثالًا على ذلك.

لإلغاء تجزئة القرص، لا يمكن لبرنامج إلغاء التجزئة (المعروف أيضًا باسم "مُلغي التجزئة") سوى نقل الملفات ضمن المساحة الحرة المتاحة. هذه عملية مُرهقة ولا يُمكن إجراؤها على نظام ملفات ذي مساحة حرة قليلة أو معدومة. أثناء إلغاء التجزئة، سينخفض ​​أداء النظام، ويُفضّل ترك الكمبيوتر دون تدخل أثناء العملية حتى لا يُصاب برنامج إلغاء التجزئة بالتشويش نتيجةً للتغييرات غير المتوقعة في نظام الملفات. اعتمادًا على الخوارزمية المُستخدمة، قد يكون من المفيد أو غير المفيد إجراء عدة دورات. لا تُغيّر عملية إعادة التنظيم المُتضمنة في إلغاء التجزئة الموقع المنطقي للملفات (المُعرّف بموقعها داخل بنية الدليل ).

إلى جانب إلغاء تجزئة ملفات البرامج، يمكن لأداة إلغاء التجزئة أيضًا تقليل الوقت اللازم لتحميل البرامج وفتح الملفات. على سبيل المثال، تضمنت أداة إلغاء التجزئة في نظام التشغيل Windows 9x مُسرِّع تشغيل تطبيقات Intel الذي كان يُحسِّن أداء البرامج على القرص عن طريق وضع ملفات البرامج التي تم إلغاء تجزئتها وتوابعها بجوار بعضها البعض، بالترتيب الذي يتم تحميلها به، وذلك لتسريع تحميل هذه البرامج. ^{[ 1 ]} في نظام التشغيل Windows، تقوم أداة إلغاء التجزئة الجيدة بقراءة ملفات Prefetch لتحديد أكبر عدد ممكن من مجموعات الملفات هذه ووضع الملفات الموجودة بداخلها وفقًا لتسلسل الوصول.

في بداية القرص الصلب، تتمتع المسارات الخارجية بمعدل نقل بيانات أعلى من المسارات الداخلية. يؤدي وضع الملفات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر على المسارات الخارجية إلى تحسين الأداء. ^{[ 2 ]} تقوم برامج إلغاء التجزئة الخارجية، مثل MyDefrag، بنقل الملفات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر إلى المسارات الخارجية وإلغاء تجزئتها. ^{[ 3 ]}

تُقلل التحسينات في محركات الأقراص الصلبة الحديثة، مثل ذاكرة التخزين المؤقت RAM ، وسرعة دوران الأقراص العالية، وتقنية ترتيب الأوامر ( SCSI / ATA TCQ أو SATA NCQ )، وكثافة البيانات العالية، من التأثير السلبي للتجزئة على أداء النظام إلى حد ما، على الرغم من أن الزيادة في كميات البيانات المستخدمة عادةً تُقلل من هذه الفوائد. مع ذلك، تستفيد الأنظمة الحديثة بشكل كبير من سعات الأقراص الهائلة المتاحة حاليًا، حيث أن الأقراص الممتلئة جزئيًا تُجزأ بشكل أقل بكثير من الأقراص الممتلئة بالكامل، ^{[ 4 ]} وفي محرك الأقراص الصلبة عالي السعة، يشغل القسم نفسه نطاقًا أصغر من الأسطوانات، مما يؤدي إلى عمليات بحث أسرع. ومع ذلك، لا يمكن أن يقل متوسط ​​وقت الوصول عن نصف دورة للأقراص، ودوران الأقراص (مقاسًا بالـ rpm) هو خاصية السرعة لمحركات الأقراص الصلبة التي شهدت أبطأ نمو على مر العقود (مقارنةً بمعدل نقل البيانات ووقت البحث)، لذا فإن تقليل عدد عمليات البحث يظل مفيدًا في معظم التطبيقات التي تتطلب تخزينًا كثيفًا. إلغاء التجزئة هو بالضبط ما يوحي به اسمه: ضمان وجود عملية بحث واحدة على الأكثر لكل ملف، مع احتساب عمليات البحث إلى المسارات غير المتجاورة فقط.

• نظام الملفات FAT : تأتي أنظمة MS-DOS 6.x وWindows 9x مزودة بأداة لإلغاء تجزئة القرص تُسمى Defrag. نسخة DOS هي نسخة محدودة من برنامج Norton SpeedDisk. ^{[ 7 ]} النسخة المرفقة مع Windows 9x مرخصة من شركة Symantec ، أما النسخة المرفقة مع Windows 2000 وXP فهي مرخصة من شركة Condusiv Technologies .
• تم تقديم نظام الملفات NTFS مع نظام التشغيل Windows NT 3.1 ، ولكن برنامج تشغيل نظام الملفات NTFS لم يتضمن أي إمكانيات لإلغاء تجزئة القرص. ^{[ 8 ]} في نظام التشغيل Windows NT 4.0 ، تم تقديم واجهات برمجة تطبيقات (APIs) لإلغاء التجزئة، والتي يمكن لأدوات الطرف الثالث استخدامها لتنفيذ مهام إلغاء التجزئة؛ ومع ذلك، لم يتم تضمين أي برنامج لإلغاء التجزئة. في أنظمة التشغيل Windows 2000 و Windows XP و Windows Server 2003 ، أضافت مايكروسوفت أداة لإلغاء التجزئة تعتمد على Diskeeper ^{[ 9 ]} ، والتي كانت تستخدم واجهات برمجة تطبيقات إلغاء التجزئة، وكانت عبارة عن إضافة لإدارة الكمبيوتر . في أنظمة التشغيل Windows Vista و Windows 7 و Windows 8 ، تم تحسين الأداة بشكل كبير، وتم تزويدها بواجهة جديدة بدون خريطة قرص مرئية، ولم تعد جزءًا من إدارة الكمبيوتر. ^{[ 10 ] [ 11 ]} كما يتوفر عدد من منتجات إلغاء التجزئة المجانية والتجارية من جهات خارجية لأنظمة التشغيل Microsoft Windows .
• يستخدم نظام ملفات BSD UFS، وخاصةً FreeBSD، مُعيد تخصيص داخلي يسعى إلى تقليل التجزئة لحظة كتابة المعلومات على القرص. ^{[ 12 ]} وهذا يُسهم بفعالية في الحد من تدهور النظام بعد الاستخدام المطوّل.
• يوفر نظام الملفات Btrfs إمكانية إلغاء التجزئة عبر الإنترنت وتلقائيًا. ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• أنظمة الملفات ext2 و ext3 و ext4 في لينكس : على غرار نظام الملفات UFS، تستخدم هذه الأنظمة تقنيات تخصيص مصممة للتحكم في التجزئة باستمرار. ^{[ 15 ]} ونتيجة لذلك، لا حاجة لإلغاء التجزئة في الغالبية العظمى من الحالات. ^{[ 16 ]} يستخدم نظام ext2 برنامجًا لإلغاء التجزئة يعمل دون اتصال بالإنترنت e2defrag، وهو لا يعمل مع نظام ext3. مع ذلك، يمكن استخدام برامج أخرى، أو برامج مستقلة عن نظام الملفات مثل [17]، لإلغاء تجزئة نظام ملفات ext3. يتميز نظام ext4 بتوافقه مع الإصدارات السابقة من ext3 إلى حد ما defragfs، ^{وبالتالي يحظى} عمومًا بنفس القدر من الدعم من برامج إلغاء التجزئة. حاليًا ^، يمكن استخدام e4defrag لإلغاء تجزئة نظام ملفات ext4، بما في ذلك إلغاء التجزئة أثناء التشغيل.
• يحتوي نظام الملفات VxFSfsadm على أداة تتضمن عمليات إلغاء التجزئة.
• تتوفر أداة JFSdefragfs على أنظمة تشغيل IBM. ^{[ 18 ]}
• يُقدّم نظام الملفات HFS Plus، الذي طُرح عام ١٩٩٨ مع نظام التشغيل Mac OS 8.1، عددًا من التحسينات على خوارزميات تخصيص الملفات بهدف إلغاء تجزئتها أثناء الوصول إليها دون الحاجة إلى برنامج إلغاء تجزئة منفصل. ^{[ ١٩ ]} توجد عدة قيود على الملفات التي يمكن إلغاء تجزئتها أثناء التشغيل (بما في ذلك حد أقصى للحجم يبلغ ٢٠ ميجابايت). يتوفر برنامج iDefrag من شركة Coriolis Systems منذ نظام التشغيل OS X 10.3. أما في نظام التشغيل Mac OS التقليدي، فيمكن إلغاء التجزئة باستخدام برنامجي Norton SpeedDisk وTechTool Pro.
• يحتوي WAFL في نظام التشغيل ONTAP 7.2 الخاص بـ NetApp على أمر reallocateمصمم لإلغاء تجزئة الملفات الكبيرة.
• يوفر نظام الملفات XFS أداة إلغاء تجزئة عبر الإنترنت تسمى xfs_fsr.
• يقوم نظام SFS بمعالجة ميزة إلغاء التجزئة بطريقة شبه خالية من الحالة (باستثناء الموقع الذي يعمل عليه)، لذا يمكن إيقاف عملية إلغاء التجزئة وبدؤها على الفور. ^{[ 20 ]}
• يُحافظ نظام الملفات ADFS ، المستخدم في نظام التشغيل RISC OS وأجهزة الكمبيوتر Acorn السابقة ، على التحكم في تجزئة الملفات دون الحاجة إلى إلغاء التجزئة يدويًا. ^{[ 21 ]}

• مقارنة برامج إلغاء التجزئة
• التجزئة (الحوسبة)
• تجزئة نظام الملفات
• صورة القرص الظاهري
• تقنية تسوية التآكل ، وهي تقنية مماثلة لإطالة عمر محتوى ذاكرة الفلاش

• نورتون، بيتر (1994) دليل بيتر نورتون الكامل لـ DOS 6.22 ، الصفحة 521 – سامز ( ISBN 067230614X)
• وودي ليونارد، جاستن ليونارد (2005) تقنيات توفير الوقت في ويندوز إكس بي للمبتدئين، الطبعة الثانية، صفحة 456 - للمبتدئين ( ISBN) 0-764578-839).
• جنسن، كريج (1994). التجزئة: الحالة، والسبب، والعلاج . شركة إكزكيوتيف سوفتوير إنترناشونال ( ISBN) 0-9640049-0-9).
• ديف كلايمان ، لورا هنتر، ماهيش ساتيانارايانا، كيمون أندريو، نانسي جي ألتولز، لورانس أبرامز، دارين ويندهام، توني برادلي، وبريان باربر (2006) Winternals: دليل ميداني لإلغاء التجزئة والاستعادة والإدارة - Syngress ( ISBN 1-597490-792)
• روب، درو (2003) إدارة أقراص الخادم في بيئة ويندوز، الفصل 7 - أورباخ ( ISBN) 0849324327)

• اختبار برنامج إلغاء تجزئة القرص لنظام ويندوز 7: معايير أداء برامج إلغاء التجزئة الشائعة
• إلغاء تجزئة القرص في نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز إكس بي - كيفية جدولة إلغاء التجزئة أسبوعيًا. إلغاء تجزئة القرص في نظام التشغيل مايكروسوفت ويندوز 2000 بروفيشنال وسيرفر - كيفية جدولة إلغاء التجزئة.
• مُحسِّن أداء القرص الصلب SST
• كيف يتجنب نظام لينكس تجزئة الملفات؟ (مؤرشف بتاريخ 4 يونيو 2016 على موقع Wayback Machine)
• كيف تم تغيير عملية إلغاء التجزئة في نظام التشغيل ويندوز 7
• قائمة كاملة بأدوات إلغاء تجزئة القرص لنظام ويندوز (مؤرشفة بتاريخ ٢٨ مايو ٢٠١٦ على موقع Wayback Machine)
• هل يؤثر نظام ملفات محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD) على الأداء؟