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Warum beschleunigt das Leeren von Festplattenspeicher?


Wenn Sie mehr über Computer und ihre Funktionsweise erfahren, stoßen Sie gelegentlich auf etwas, das nicht sinnvoll erscheint. In diesem Sinne beschleunigt tatsächlich das Leeren von Speicherplatz die Computer? Der heutige SuperUser-Q & A-Post hat die Antwort auf die Frage eines verwirrten Lesers.

Die heutige Question & Answer-Sitzung kommt dank SuperUser zustande - einer Unterteilung von Stack Exchange, einer Community-gesteuerten Gruppierung von Q & A-Websites.

Screenshot mit freundlicher Genehmigung von nchenga (Flickr).

Die Frage

SuperUser Leser Remi.b möchte wissen, warum das Leeren des Speicherplatzes einen Computer zu beschleunigen scheint:

Ich habe mir viele Videos angeschaut und verstehe nun, wie Computer funktionieren ein bisschen besser. Ich verstehe, was RAM ist, über flüchtigen und nichtflüchtigen Speicher und den Prozess des Tauschens. Ich verstehe auch, warum die Erhöhung des Arbeitsspeichers den Computer beschleunigt.

Was ich nicht verstehe, ist, warum das Aufräumen des Speicherplatzes den Computer zu beschleunigen scheint. Beschleunigt es wirklich einen Computer? Wenn ja, warum?

Hat es etwas damit zu tun, nach Speicherplatz zu suchen, um Dinge zu speichern oder Dinge zu bewegen, um einen ausreichend langen, durchgehenden Raum zu schaffen, um etwas zu sparen? Wie viel freier Speicherplatz sollte ich auf einer Festplatte frei lassen?

Warum scheint das Leeren von Speicherplatz einen Computer zu beschleunigen?

Der Antwort

SuperUser-Mitwirkende Jason C hat die Antwort für uns:

" Warum beschleunigt das Leeren von Festplattenspeicher die Computer? "

Das ist es nicht, zumindest nicht allein. Das ist ein sehr verbreiteter Mythos. Der Grund dafür ist, dass das Auffüllen der Festplatte oft gleichzeitig mit anderen Dingen geschieht, die Ihren Computer traditionell verlangsamen könnten ( (A) ). SSD-Leistung neigt dazu, zu verschlechtern, wie sie füllen, aber das ist ein relativ neues Problem, einzigartig für SSDs, und ist nicht wirklich spürbar für gelegentliche Benutzer. Im Allgemeinen ist niedriger freier Speicherplatz nur ein Ablenkungsmanöver.

Zum Beispiel:

1. Dateifragmentierung. Dateifragmentierung ist ein Problem (B) , aber der Mangel an freiem Speicherplatz, der definitiv einer von vielen Faktoren ist, ist nicht die einzige Ursache dafür. Einige wichtige Punkte hier:

  • Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Datei fragmentiert wird, ist nicht , bezogen auf die Menge an freiem Speicherplatz auf dem Laufwerk. Sie beziehen sich auf die Größe des größten zusammenhängenden freien Speicherplatzes auf dem Laufwerk (d. H. "Löcher" des freien Speicherplatzes), wobei die Menge an freiem Speicherplatz eine obere Grenze für bildet. Sie beziehen sich auch darauf, wie das Dateisystem die Dateizuordnung behandelt ( mehr als ). Betrachten Sie: Ein Laufwerk, das zu 95 Prozent mit dem gesamten freien Speicherplatz in einem einzelnen zusammenhängenden Block gefüllt ist, hat null prozentuale Wahrscheinlichkeit der Fragmentierung einer neuen Datei (C) (und die Möglichkeit, eine angehängte Datei zu fragmentieren, ist unabhängig vom freien Speicherplatz). Ein Laufwerk, das zu fünf Prozent voll ist, aber die Daten gleichmäßig über das Laufwerk verteilt, hat eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit für eine Fragmentierung.
  • Beachten Sie, dass die Dateifragmentierung nur die Leistung beeinträchtigt, wenn auf die fragmentierten Dateien zugegriffen wird Bedenken Sie: Sie haben ein nettes, defragmentiertes Laufwerk, das noch viele freie "Löcher" enthält. Ein häufiges Szenario. Alles läuft reibungslos. Irgendwann kommen Sie jedoch zu einem Punkt, an dem keine großen freien Blöcke mehr übrig sind. Sie laden einen riesigen Film herunter, die Datei wird stark fragmentiert. Dies verlangsamt Ihren Computer nicht . Alle Ihre Anwendungsdateien und solche, die vorher gut waren, werden nicht plötzlich fragmentiert. Dies kann dazu führen, dass der Film länger lädt (obwohl die typischen Bitraten für Filme im Vergleich zu Festplattenleseraten so niedrig sind, dass sie höchstwahrscheinlich nicht wahrgenommen werden) und die I / O-gebundene Leistung während des Ladens des Films beeinträchtigt wird Ansonsten ändert sich nichts.
  • Obwohl die Dateifragmentierung ein Problem darstellt, werden die Auswirkungen oft durch Pufferung und Zwischenspeicherung auf Betriebssystem- und Hardwareebene gemildert. Verzögerte Schreibvorgänge, Read-ahead, Strategien wie der Prefetcher in Windows usw. helfen, die Auswirkungen der Fragmentierung zu reduzieren. Im Allgemeinen nichttatsächlich erfahren eine signifikante Auswirkung, bis die Fragmentierung schwerwiegend wird (ich würde sogar sagen, solange Ihre Auslagerungsdatei nicht fragmentiert ist, werden Sie wahrscheinlich nie bemerken).

2. Die Suchindexierung ist ein weiteres Beispiel . Angenommen, Sie haben die automatische Indizierung aktiviert und ein Betriebssystem, das dies nicht ordnungsgemäß verarbeitet. Wenn Sie mehr und mehr indexierbaren Inhalt auf Ihrem Computer speichern (Dokumente usw.), kann die Indizierung länger dauern und sich möglicherweise auf die wahrgenommene Geschwindigkeit Ihres Computers während der Ausführung auswirken, sowohl bei der E / A- als auch bei der CPU-Nutzung . Dies bezieht sich nicht auf den freien Speicherplatz, sondern auf die Menge an indexierbarem Inhalt, den Sie haben. Das Freigeben von freiem Speicherplatz geht jedoch mit dem Speichern von mehr Inhalt einher, daher wird eine falsche Verbindung hergestellt.

3. Antiviren-Software (ähnlich dem Beispiel der Suchindexierung). Angenommen, Sie haben eine Antivirensoftware eingerichtet, um den Hintergrund des Laufwerks zu scannen. Da Sie mehr und mehr scanbare Inhalte haben, benötigt die Suche mehr E / A- und CPU-Ressourcen, was möglicherweise Ihre Arbeit beeinträchtigt. Dies hängt wiederum mit der Menge an scanbarem Inhalt zusammen, den Sie haben. Mehr Inhalt bedeutet oft weniger Speicherplatz, aber das Fehlen von freiem Speicherplatz ist nicht die Ursache.

4. Installierte Software. Nehmen wir an, Sie haben eine Menge Software installiert, die beim Booten Ihres Computers geladen wird, was die Startzeiten verlangsamt. Diese Verlangsamung tritt auf, weil viel Software geladen wird. Installierte Software belegt jedoch Speicherplatz auf der Festplatte. Daher nimmt der freie Speicherplatz der Festplatte zur gleichen Zeit ab, zu dem dies geschieht, und wiederum kann eine falsche Verbindung leicht hergestellt werden.

5. Viele andere Beispiele in diesen Zeilen, die zusammen erscheinen , um den Mangel an freiem Speicherplatz mit geringerer Leistung in Verbindung zu bringen.

Das obige zeigt einen weiteren Grund dafür, dass dies ein üblicher Mythos ist: Während das Fehlen von freiem Speicherplatz keine direkte Ursache für die Verlangsamung ist, werden verschiedene Anwendungen deinstalliert oder gescannte Inhalte usw. manchmal (aber nicht immer; außerhalb des Bereichs dieser Antwort) steigert die Leistung wieder aus Gründen, die nicht mit dem verbleibenden freien Speicherplatz zusammenhängen. Das gibt natürlich auch Festplattenspeicher frei. Daher kann wieder eine scheinbare (aber falsche) Verbindung zwischen "mehr freiem Speicherplatz" und einem "schnelleren Computer" hergestellt werden.

Bedenken Sie: Wenn Sie eine Maschine aufgrund vieler installierter Software, usw ., klonen Sie Ihre Festplatte (genau) auf eine größere Festplatte, dann erweitern Sie Ihre Partitionen, um mehr freien Speicherplatz zu gewinnen, wird die Maschine nicht magisch beschleunigen. Die gleiche Software wird geladen, die gleichen Dateien werden immer noch auf die gleiche Weise fragmentiert, der gleiche Suchindex läuft noch, nichts ändert sich, obwohl mehr freien Speicherplatz zur Verfügung steht.

"Hat es etwas damit zu tun, nach Speicherplatz zu suchen? "

Nein. Es tut nicht. Es gibt zwei sehr wichtige Dinge, die es wert sind, hier erwähnt zu werden:

1. Ihre Festplatte sucht nicht nach Orten, an denen Dinge abgelegt werden können. Ihre Festplatte ist dumm. Es ist nichts. Es handelt sich um einen großen Block adressierten Speichers, der blind die Dinge dorthin bringt, wo Ihr Betriebssystem es sagt und liest, was auch immer von ihm verlangt wird. Moderne Laufwerke haben ausgeklügelte Caching- und Puffermechanismen, die darauf ausgelegt sind, basierend auf der Erfahrung, die wir im Laufe der Zeit erhalten haben, zu prognostizieren, was das Betriebssystem erwartet (einige Laufwerke kennen sogar das Dateisystem) Fahren Sie einfach als einen großen, doofen Speicherblock mit gelegentlichen Bonus-Leistungsmerkmalen.

2. Ihr Betriebssystem sucht auch nicht nach Orten, an denen Dinge abgelegt werden können. Es gibt keine Suche. Es wurde viel Mühe in die Lösung dieses Problems investiert, da dies für die Dateisystem-Performance von entscheidender Bedeutung ist. Die Art und Weise, wie Daten auf Ihrem Laufwerk organisiert sind, hängt von Ihrem Dateisystem ab. Zum Beispiel FAT32 (alte DOS- und Windows-PCs), NTFS (spätere Editionen von Windows), HFS + (Mac), ext4 (einige Linux-Systeme) und viele andere. Selbst das Konzept einer "Datei" und eines "Verzeichnisses" sind nur Produkte typischer Dateisysteme - Festplatten wissen nichts über die mysteriösen Bestien Dateien . Details liegen außerhalb des Rahmens dieser Antwort. Aber im Wesentlichen haben alle gängigen Dateisysteme Möglichkeiten zu verfolgen, wo der verfügbare Platz auf einem Laufwerk ist, so dass eine Suche nach freiem Speicherplatz unter normalen Umständen (d. H. Dateisystem in gutem Zustand) unnötig ist. Beispiele:

  • NTFS verfügt über eine Master-Dateitabelle, die die speziellen Dateien $ Bitmap usw. enthält, und viele Metadaten, die das Laufwerk beschreiben. Im Wesentlichen verfolgt es, wo die nächsten freien Blöcke sind, so dass neue Dateien direkt in freie Blöcke geschrieben werden können, ohne das Laufwerk jedes Mal scannen zu müssen.
  • Ein anderes Beispiel: Ext4 hat den sogenannten Bitmap-Allokator, eine Verbesserung gegenüber ext2 und ext3, die es im Grunde hilft zu bestimmen, wo freie Blöcke sind, anstatt die Liste der freien Blöcke zu scannen. Ext4 unterstützt auch die verzögerte Zuweisung , dh das Zwischenspeichern von Daten im RAM durch das Betriebssystem vor dem Schreiben auf das Laufwerk, um bessere Entscheidungen darüber zu treffen, wo es die Fragmentierung reduzieren soll.
  • Viele andere Beispiele.

"Oder Dinge bewegen, um einen ausreichend langen, durchgehenden Platz zu schaffen, um etwas zu speichern?"

Nein. Dies passiert nicht, zumindest nicht mit irgendeinem mir bekannten Dateisystem. Dateien werden nur fragmentiert.

Der Vorgang, "Dinge zu verschieben, um einen ausreichend langen zusammenhängenden Speicherplatz zum Speichern von etwas zu bilden", heißt defragmentieren . Dies passiert nicht, wenn Dateien geschrieben werden. Dies passiert, wenn Sie Ihren Festplatten-Defragmentierer ausführen. In neueren Editionen von Windows geschieht dies zumindest automatisch nach einem Zeitplan, aber es wird niemals durch das Schreiben einer Datei ausgelöst.

vermeiden das Verschieben von Dingen wie dieser ist der Schlüssel zur Dateisystemperformance , und deshalb kommt es zu einer Fragmentierung und warum eine Defragmentierung als separater Schritt existiert.

"Wie viel freier Platz sollte ich auf einer Festplatte frei lassen?"

Das ist eine kniffligere Frage (und diese Antwort hat sich bereits gewendet) in ein kleines Buch).

Faustregeln:

1. Für alle Arten von Laufwerken:

  • Lassen Sie vor allem genügend freien Speicherplatz für , damit Sie Ihren Computer effektiv nutzen können . Wenn Ihnen der Arbeitsspeicher knapp wird, benötigen Sie ein größeres Laufwerk.
  • Viele Defragmentierungstools benötigen einen minimalen Speicherplatz (ich denke, der mit Windows benötigt 15 Prozent, Worst Case), um zu arbeiten Verwenden Sie diesen freien Platz, um fragmentierte Dateien vorübergehend zu speichern, wenn andere Dinge neu angeordnet werden.
  • Lassen Sie Platz für andere Betriebssystemfunktionen. Wenn Ihr Computer beispielsweise nicht über viel physischen Arbeitsspeicher verfügt und Sie virtuellen Speicher mit einer dynamisch bemessenen Auslagerungsdatei aktiviert haben, sollten Sie genügend Speicherplatz für die maximale Größe der Auslagerungsdatei reservieren. Wenn Sie einen Laptop in den Ruhezustand versetzen, benötigen Sie ausreichend freien Speicherplatz für die Ruhezustandsdatei. Dinge wie das.

2. SSD-spezifisch:

  • Für optimale Zuverlässigkeit (und in geringerem Maße, Leistung) benötigen SSDs etwas freien Platz, den sie verwenden, ohne zu sehr ins Detail zu gehen Daten um das Laufwerk herum verteilen, um zu vermeiden, ständig an denselben Ort zu schreiben (der sie verschleißt). Dieses Konzept des Freilassens von freiem Speicherplatz wird Over-Provisioning genannt. Es ist wichtig, , aber in vielen SSDs gibt es bereits einen obligatorischen überproportionalen Speicherplatz . Das heißt, die Laufwerke haben oft ein paar Dutzend mehr GB als sie an das Betriebssystem melden. Bei untergeordneten Laufwerken müssen Sie oft nicht partitioniert Speicherplatz frei lassen, aber bei Laufwerken mit obligatorischem OP müssen Sie keinen freien Speicherplatz freilassen. Eine wichtige Sache, die hier zu beachten ist, ist, dass überprovisionierter Speicherplatz oft nur aus nicht partitioniertem Speicherplatz genommen wird. Wenn also Ihre Partition Ihr gesamtes Laufwerk belegt und Sie etwas freien Speicherplatz darauf belassen, zählt das nicht immer . Häufig müssen Sie bei einer manuellen Überprovisionierung Ihre Partition verkleinern, damit sie kleiner als die Größe des Laufwerks ist. Weitere Informationen finden Sie im Benutzerhandbuch Ihrer SSD. TRIM, Garbage Collection und so weiter haben auch Auswirkungen, aber diese liegen außerhalb des Rahmens dieser Antwort.

Persönlich ergreife ich normalerweise eine größere Festplatte, wenn ich noch 20 bis 25 Prozent freien Speicherplatz habe. Das hängt nicht mit der Leistung zusammen, es ist nur so, dass ich, wenn ich an diesen Punkt komme, erwarte, dass mir wahrscheinlich bald der Speicherplatz für Daten ausgehen wird und es Zeit ist, eine größere Festplatte zu bekommen.

Wichtiger als Freiraum zu betrachten, ist sicherzustellen, dass die geplante Defragmentierung gegebenenfalls aktiviert ist (nicht auf SSDs), so dass Sie niemals zu dem Punkt kommen, an dem es so schlimm wird, dass er Sie betrifft.


Es gibt noch eine letzte erwähnenswerte Sache. Eine der anderen Antworten hier erwähnt, dass der Halbduplex-Modus von SATA das Lesen und Schreiben zur gleichen Zeit verhindert. Dies ist zwar stark vereinfacht und steht in keinem Zusammenhang mit den hier erörterten Leistungsproblemen. Das bedeutet einfach, dass Daten nicht gleichzeitig in beide Richtungen an der Leitung übertragen werden können. SATA hat jedoch eine ziemlich komplexe Spezifikation mit winzigen maximalen Blockgrößen (ungefähr 8kB pro Block auf dem Draht, denke ich), Lese- und Schreiboperationswarteschlangen usw. und schließt nicht Schreibvorgänge in Puffern aus, die während der laufenden Lesevorgänge interleaved auftreten Operationen, usw.

Jegliche Blockierung, die auftritt, würde aufgrund des Konkurrierens um physische Ressourcen verursacht werden, die normalerweise durch viel Cache gemildert werden. Der Duplex-Modus von SATA ist hier fast völlig irrelevant.


(A) "Slow down" ist ein weiter Begriff. Hier verwende ich es, um Dinge zu bezeichnen, die entweder I / O-gebunden sind (dh wenn dein Computer dort knirschende Zahlen hat, der Inhalt der Festplatte keinen Einfluss hat) oder CPU-gebunden und mit tangential verwandten Dingen konkurriert, die hoch sind CPU-Auslastung (dh Anti-Virus-Software scannt Tonnen von Dateien).

(B) SSDs sind von Fragmentierung betroffen, da sequenzielle Zugriffsgeschwindigkeiten in der Regel schneller als Direktzugriff sind, obwohl SSDs nicht dieselben Einschränkungen wie ein mechanisches aufweisen Gerät (selbst dann, fehlende Fragmentierung garantiert nicht sequentiellen Zugang aufgrund von Verschleiß-Leveling, etc.). In praktisch jedem allgemeinen Anwendungsszenario ist dies jedoch kein Problem. Leistungsunterschiede aufgrund von Fragmentierung auf SSDs sind in der Regel vernachlässigbar, beispielsweise beim Laden von Anwendungen, Booten des Computers usw.

(C) Angenommen, ein normales Dateisystem sperrt Dateien nicht absichtlich.

Stellen Sie sicher, dass Lesen Sie den Rest der lebhaften Diskussion bei SuperUser über den unten stehenden Link!


Haben Sie etwas zur Erklärung hinzuzufügen? Ton in den Kommentaren ab. Möchten Sie mehr Antworten von anderen technisch versierten Stack Exchange Benutzern lesen? Sehen Sie sich den vollständigen Diskussionsfaden hier an.


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