问题

固态硬盘真的不需要整理碎片吗?

回答
关于固态硬盘(SSD)是否需要整理碎片(Defragmentation),答案是:对于绝大多数用户来说,固态硬盘基本不需要进行传统意义上的碎片整理,而且不建议这样做。

为了详细解释这一点,我们需要先理解碎片整理的原理、固态硬盘的工作方式以及两者之间的冲突。



1. 传统碎片整理的原理和目的

机械硬盘(HDD)的文件存储是基于扇区和磁道。当文件被写入硬盘时,它会被存储在连续的物理位置上。然而,随着文件的创建、修改和删除,硬盘上的空间会变得不连续。

碎片化: 如果一个文件不再能存储在连续的物理块中,它就会被分散存储在硬盘的不同位置,这就是碎片化。
碎片整理的目的: 将这些分散的文件块重新组织起来,使其在物理上连续存储。
为什么碎片整理对机械硬盘有效:
减少寻道时间(Seek Time): 机械硬盘的读写头需要在盘片上移动,找到文件所在的物理位置。如果文件是碎片化的,读写头就需要频繁地在盘片上跳转,这会显著降低读写速度。将文件连续存储可以最大程度地减少这种跳转,提高读写效率。
提高顺序读写性能: 连续存储的文件可以被一次性读入或写入,速度远快于分散读取。



2. 固态硬盘(SSD)的工作原理和特点

固态硬盘与机械硬盘的工作原理完全不同。它不包含任何移动部件,而是使用闪存芯片(NAND Flash Memory)来存储数据。

数据存储方式: SSD将数据存储在称为页(Page)和块(Block)的单元中。数据是按页读取和写入的,但删除操作只能对整个块进行。
无移动部件: 由于没有机械部件,SSD不存在机械硬盘的寻道时间问题。数据读取的延迟非常低,几乎是恒定的,无论数据在物理上是连续的还是分散的。
磨损均衡(Wear Leveling): SSD的闪存单元有有限的写入寿命(P/E Cycles)。为了延长SSD的整体寿命,SSD控制器会智能地将数据分布到所有闪存单元上,避免某个单元被过度写入而过早损坏。
垃圾回收(Garbage Collection): 当SSD需要写入新数据时,如果目标位置所在的块中包含旧的、已被标记为删除(但尚未物理擦除)的数据,SSD需要先将块中仍然有效的数据复制到一个新的块中,然后才能擦除整个旧块以供重用。这个过程称为垃圾回收。



3. 为什么SSD不需要传统碎片整理

理解了SSD的工作原理后,我们就可以明白为什么传统碎片整理对它弊大于利:

寻道时间的问题不存在: 如前所述,SSD没有机械寻道时间。文件在物理上的连续性对SSD的读取速度几乎没有影响。数据读取的延迟很低且恒定,无论文件是连续存储还是碎片化的。
反而会增加不必要的写入,缩短寿命:
磨损的问题: 传统碎片整理软件(如Windows自带的碎片整理工具)的工作方式是将分散的文件块重新组织并写入到硬盘的连续空间中。这对SSD来说意味着大量的额外写入操作。每一次写入都会消耗闪存单元的写入寿命。
SSD控制器内部的优化: SSD控制器本身就有一套复杂的算法来管理数据,包括磨损均衡和垃圾回收。当SSD需要写入数据时,它会自动选择一个写入次数较少的单元。同时,它的垃圾回收机制也会在后台将有效数据块迁移到新的位置,从而释放旧的块供擦除和重用。
碎片整理会干扰SSD的优化: 如果用户运行碎片整理,实际上是在强行告诉SSD“把这些数据搬到那里去”。这个过程可能与SSD控制器自身的后台优化算法发生冲突,或者促使控制器进行更多的数据迁移和写入,这不仅无效,反而会加速闪存单元的损耗。
可能导致性能下降(在极少数情况下): 虽然SSD的读取性能很大程度上不受碎片影响,但极端的碎片化可能会稍微增加逻辑块地址(LBA)到物理块地址(PBA)的映射查找时间。然而,这种影响通常非常微弱,远不如机械硬盘上的碎片化带来的性能损失严重。更重要的是,人为进行的碎片整理会带来更大的负面影响。
SSD自身会管理数据分布: SSD的控制器非常智能。它会主动进行数据均衡和优化,以保持最佳性能和最长寿命。将文件物理上连续存储并不是它管理的重点,而是在 NAND 芯片中更有效地分配写入操作。



4. 现代操作系统和SSD的配合

值得注意的是,现代操作系统(如Windows 7及以后版本)已经能够识别SSD,并会根据其类型采用不同的优化策略。

Windows的优化: Windows 7及其后的版本,当检测到驱动器是SSD时,其“磁盘碎片整理程序”(现在更准确地说是“驱动器优化”)会执行TRIM命令,而不是进行传统的碎片整理。
TRIM命令的作用: TRIM命令允许操作系统通知SSD哪些数据块不再被使用(例如,当用户删除文件时)。这使得SSD控制器能够主动将这些块标记为“无效”,并在后台的垃圾回收过程中更有效地擦除它们,为新的写入腾出空间。这提高了SSD的性能和寿命,是SSD维护的关键。
不要手动禁用TRIM: 大多数情况下,Windows会自动管理TRIM,无需用户干预。



5. 总结和建议

SSD不需要传统意义上的碎片整理。
不要使用针对机械硬盘设计的碎片整理工具来整理SSD。
这样做只会增加不必要的写入操作,缩短SSD的寿命,而且几乎不会带来任何性能提升,甚至可能适得其反。
让操作系统自动管理SSD的优化(如Windows的TRIM功能)。
如果你需要“优化”你的SSD,通常是确保TRIM功能已开启,并且定期删除不再需要的文件,这会自动让SSD的控制器知道哪些空间可以被回收。

简单来说: 想象一下,机械硬盘就像一个图书馆,书被分散放在不同的书架上。整理碎片就像是把同一本书的不同章节搬到同一条书架上,这样你找书时就不用走来走去。而SSD呢,它不需要你走路,它有“传送门”,可以直接把你“传送到”任何书的任何章节。所以你把章节搬来搬去根本没意义,反而可能把书架弄乱,让搬书员(SSD控制器)更辛苦,更早退休(寿命缩短)。

结论: 放心地使用你的SSD吧,它自己会管理得很好,你不需要为碎片问题操心。

网友意见

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谢邀

固态硬盘(SSD)每个块的读取时间都是恒定的,不像机械硬盘读取物理连续的扇区才有最快速度(因此机械硬盘才要“整理碎片”)。而且SSD的写入寿命(按次数)比机械硬盘少一到两个数量级,经常整理硬盘会大大加速老化。事实上,微软官方也不推荐对SSD进行碎片整理:

Windows 7 & SSD: defragmentation, SuperFetch, prefetch

另外,SSD暴露给上层软件系统的是“逻辑块”,由控制器来映射到底层的闪存芯片上的物理块。(绝大多数情况下)软件无法绕过控制器直接管理物理块。而且不同于机械硬盘的是,SSD的逻辑块到物理块的映射是高度复杂和相当动态的(题主关注的读平衡问题已经被控制器算法考虑到了,另外控制器还要考虑写平衡、垃圾回收、坏块替换等问题),也不适合上层软件来管理

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这题小希懂,作为全球最大的硬盘生产商,有关硬盘的知识我都“略知一二”。

很多年纪稍大的朋友,应该都听过这句话,“整理磁盘碎片能让电脑变快”。这句话放在那个时代是没有问题,它基于两个前提。

第一:大家普遍使用的还是机械硬盘(HDD),固态硬盘仍未普及。

第二:早期window系统不够完善。

为了更好地理解这个问题,我们首先得知道为什么会产生磁盘碎片。

磁盘碎片如何产生?

我们可以把机械硬盘想像成一个圆形,它被割裂成了很多“扇区”,其中,每一个“扇区”都能存放一小块数据,当我们储存文件的时候,它就会挤占一块乃至多块扇区的位置。

同时,在window系统当中,文件的存储方式是连续的,一个紧挨着一个,共同拼凑这个圆,在理想状态下,如果储存的文件没有任何变动,是不会产生任何碎片的。

但因为修改或者其他方式会导致文件变大,这多出来的一部分大小就只能被迫转移到与其不相连的“扇区”当中。

因此,产生了磁盘碎片

为什么硬盘碎片会致使文件读取变慢?

我们得理解,机械硬盘的工作模式,当机械硬盘运行程序时,硬盘上“磁头”的工作就是首先搜索此程序运行所必要的文件,然后读取,最后将数据传送至磁盘高速缓存和内存中。这个搜索的过程也被成为“平均寻道时间”,是评价硬盘性能至关重要的参数之一,文件如果是相连的,磁头的搜索时间就会更短,程序的读取就会更快。

但过多的磁盘碎片会导致,磁盘在读取文件的过程当中,机械硬盘磁头需要不断跳转,在无形中增加了读取时间,也正因为这样,我们需要磁盘碎片整理,它将碎片文件与原文件“打包”在一块,这样磁头就不需要做那么多次跳转,电脑自然就变快了。

早期的window系统跟现在不一样,不会设置在文件周围设置“缓冲区”,放置一些小容量的储存空间(详情可查阅NTFS),减少生成碎片的可能。也不会自动帮你做磁盘碎片整理,这就导致了必须要人为去操作磁盘碎片整理。

因此,才会有这句老话“整理磁盘碎片能让电脑变快”。

做个额外的科普,在mac系统中,几乎是不会产生碎片的,原因是它们放置文件的方式与window不同,不是一个紧挨着一个,而是分散在磁盘中。

当一个文件变大时,也很难产生碎片。

为什么固态硬盘不需要碎片整理?

前面也说了,之所以过去的电脑需要磁盘碎片整理,很大原因是因为普遍使用机械硬盘(HDD)而不是固态硬盘(SSD),而固态硬盘是不需要碎片整理的,原因有三。

1.工作的原理不同

影响固态硬盘“寻道平均时间”的是闪存颗粒,其在寻道时间上理论上是永恒不变的,不像机械硬盘需要磁头来回读取,能决定固态硬盘“效率”的因素,只有硬盘本身的性能。

以希捷酷玩FireCuda520固态硬盘为例,这款硬盘采用了最新款的M.2 NVMe SSD,专为职业级游戏体验打造,支持PCIe 4.0 x4,并且向后兼容 PCIe 3.0 平台以及 AMD X570 芯片组,可以轻松插入任何 PCIe Gen4 主板,PCIe4.0的加持下它将拥有5000/4400 M/S的顺序读写速度,比普通 SATA SSD 要快 9 倍之多,更不用说机械盘。机械硬盘中存储大量游戏和应用软件,产生的碎片可能会拖慢运行速度,但固态并不会受到这方面影响。

2.碎片整理反而会造成损耗

磁盘碎片整理的原理就是重新将存储在磁盘中的文件按照一定的顺序重新读写一遍并整理。但对于固态硬盘,碎片整理反而会增加不必要的擦写,造成内耗,这也是为什么很多朋友都建议固态硬盘用户暂停电脑的自动磁盘碎片整理的原因。

3.自带更安全的“磁盘碎片整理”

这里科普两个技术。

①Garbage collection技术

业界多称之为GC机制,它的价值在于可以将固态硬盘内“有效”与“无效”数据区分开来,将“有效”数据合并在一块,形成更大的“有效”块,而将“无效”的数据进行擦除,留出更多的空白空间。

这样做的好处有两个,一方面是将有效文件整合,让数据寻址变得更快,减少了主控的压力。另一方面,也能给磨损均衡提供更多的空白数据块,提高固态硬盘的使用寿命。

最后,空白的数据块越多,也会提升固态硬盘的读写性能。

②Trim技术

又名disable delete notify(禁用删除通知),是微软联合所有SSD厂商共同开发的一个技术,专门针对windows系统生态。无论是固态硬盘抑或是机械硬盘,都做不到真正意义上的文件删除,只是将他们标注为“待删除的垃圾文件”,保留在固态硬盘当中,等新文件覆盖的时候,才会重新擦写,一并删除。

而Trim的价值就在于,可以提前让固态硬盘清空这些“待删除文件”,让硬盘的空白空间更多。避免主控同时执行擦+写的工作,防止负荷过大而掉速。

综上所述,固态硬盘其实不需要进行磁盘碎片整理,更应该做的还是选择一个好品牌,关注产品质量。

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