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Por que o espaço em disco no esvaziamento acelera os computadores?


Ao aprender mais sobre computadores e como eles funcionam, você ocasionalmente encontrará algo que parece não fazer sentido. Com isso em mente, o esvaziamento do espaço em disco realmente acelera os computadores? A postagem de perguntas e respostas do SuperUser de hoje tem a resposta para uma pergunta intrigante do leitor.

A sessão de Perguntas e Respostas vem para nós, cortesia da SuperUser - uma subdivisão do Stack Exchange, um agrupamento de sites de perguntas e respostas.

Screenshot courtesy of nchenga (Flickr).

A pergunta

SuperUser reader Remi.b quer saber porque o esvaziamento de espaço em disco parece acelerar um computador:

Eu tenho assistido muitos vídeos e agora entendo como os computadores funcionam um pouco melhor. Eu entendo o que é RAM, sobre memória volátil e não volátil e o processo de troca. Eu também entendo porque aumentar a RAM acelera o computador

O que eu não entendo é por que a limpeza do espaço em disco parece acelerar o computador. Isso realmente acelera o computador? Em caso afirmativo, por que isso acontece?

Isso tem algo a ver com a busca de espaço de memória para salvar coisas ou mover coisas para criar um espaço contínuo suficiente para salvar algo? Quanto espaço vazio devo deixar livre em um disco rígido?

Por que o espaço vazio em disco parece acelerar um computador?

O colaborador do SuperUser em resposta

Jason C tem a resposta para nós:

“ Por que esvaziar o espaço em disco acelera os computadores? ”

Não, pelo menos não por conta própria. Este é um mito muito comum. A razão pela qual é um mito comum é porque o preenchimento de seu disco rígido geralmente acontece ao mesmo tempo que outras coisas que tradicionalmente poderiam desacelerar seu computador (A) . O desempenho do SSD tende a degradar conforme eles são preenchidos, mas esse é um problema relativamente novo, exclusivo dos SSDs, e não é realmente perceptível para usuários casuais. Geralmente, o baixo espaço livre em disco é apenas um arenque vermelho.

Por exemplo, coisas como:

1. Fragmentação de arquivo. Fragmentação de arquivos é um problema (B) , mas a falta de espaço livre, enquanto definitivamente um dos muitos fatores que contribuem, não é a única causa disso. Alguns pontos-chave aqui:

  • As chances de um arquivo ser fragmentado são não relacionadas à quantidade de espaço livre restante na unidade. Eles estão relacionados ao tamanho do maior bloco contíguo de espaço livre na unidade (ou seja, “buracos” de espaço livre), que a quantidade de espaço livre coloca um limite superior em . Eles também estão relacionados à forma como o sistema de arquivos manipula alocação de arquivos ( mais abaixo de ). Considere: Uma unidade que está 95 por cento cheia com todo o espaço livre em um único bloco contíguo tem zero % chance de fragmentar um novo arquivo (C) (e a chance de fragmentar um arquivo anexado é independente do espaço livre). Uma unidade que está cinco por cento cheia, mas com dados distribuídos uniformemente sobre a unidade tem uma chance muito alta de fragmentação.
  • Tenha em mente que a fragmentação de arquivos afeta somente o desempenho quando os arquivos fragmentados estão sendo acessados ​​. Considere: Você tem uma unidade agradável e desfragmentada que ainda tem muitos “buracos” livres nela. Um cenário comum. Tudo está correndo bem. Eventualmente, no entanto, você chega a um ponto em que não há mais blocos grandes de espaço livre restante. Você baixa um filme enorme, o arquivo acaba sendo muito fragmentado. Isso não deixará seu computador mais lento . Todos os seus arquivos de aplicativos e os que anteriormente estavam bem não serão fragmentados de repente. Isso pode fazer com que o filme leve mais tempo para carregar (embora as taxas de bits típicas do filme sejam muito baixas em comparação às taxas de leitura do disco rígido, provavelmente afetará o desempenho de E / S durante o carregamento do filme). Além disso, nada muda.
  • Embora a fragmentação de arquivos seja certamente um problema, muitas vezes os efeitos são mitigados pelo armazenamento em cache e cache em nível de SO e hardware. As estratégias de leitura atrasada, leitura antecipada, como o pré-buscador no Windows etc., ajudam a reduzir os efeitos da fragmentação. Você geralmente não faz na verdade experimentam um impacto significativo até que a fragmentação se torne grave (eu até me atreveria a dizer que, contanto que seu arquivo de troca não esteja fragmentado, você provavelmente nunca notará).

2. A indexação de pesquisa é outro exemplo . Digamos que você tenha a indexação automática ativada e um sistema operacional que não lide com isso normalmente. À medida que você salva mais e mais conteúdo indexável em seu computador (documentos e outros), a indexação pode demorar mais e mais e pode começar a afetar a velocidade percebida do computador enquanto ele está em execução, tanto em E / S quanto no uso da CPU . Isso não está relacionado ao espaço livre, está relacionado à quantidade de conteúdo indexável que você tem. No entanto, ficar sem espaço livre anda de mãos dadas com o armazenamento de mais conteúdo, portanto, uma conexão falsa é desenhada

3. Software antivírus (semelhante ao exemplo de indexação de pesquisa). Digamos que você tenha um software antivírus configurado para fazer a varredura em segundo plano da sua unidade. Como você tem mais e mais conteúdo escaneável, a pesquisa leva mais recursos de E / S e CPU, possivelmente interferindo em seu trabalho. Novamente, isso está relacionado à quantidade de conteúdo que você pode escaneá-lo. Mais conteúdo geralmente é igual a menos espaço livre, mas a falta de espaço livre não é a causa.

4. Software instalado. Digamos que você tenha instalado um monte de softwares que carregam quando o computador inicializa, diminuindo assim o tempo de inicialização. Essa lentidão acontece porque muitos softwares estão sendo carregados. No entanto, o software instalado ocupa espaço no disco rígido. Portanto, o espaço livre no disco rígido diminui ao mesmo tempo que isso acontece, e novamente uma conexão falsa pode ser prontamente feita

5. Muitos outros exemplos ao longo destas linhas que, quando tomados juntos, aparecem para associar estreitamente falta de espaço livre com menor desempenho

O acima ilustra outro motivo que este é um mito tão comum: Enquanto a falta de espaço livre não é uma causa direta de abrandar, desinstalando vários aplicativos, removendo indexados ou escanear conteúdo, etc. às vezes (mas nem sempre; fora do escopo desta resposta) aumenta o desempenho novamente por motivos não relacionados à quantidade de espaço livre restante. Mas isso também libera espaço no disco rígido. Portanto, novamente, uma conexão aparente (mas falsa) entre “mais espaço livre” e um “computador mais rápido” pode ser feita.

Considere: Se você tem uma máquina rodando devagar devido a muitos softwares instalados, etc. ., clone seu disco rígido (exatamente) em um disco rígido maior e, em seguida, expanda suas partições para obter mais espaço livre; a máquina não será magicamente acelerada. O mesmo software carrega, os mesmos arquivos ainda são fragmentados da mesma maneira, o mesmo indexador de pesquisa ainda é executado, nada muda apesar de ter mais espaço livre.

“Tem alguma coisa a ver com a procura de espaço de memória para salvar coisas? ”

Não. Isso não. Há duas coisas muito importantes que vale a pena notar aqui:

1. O seu disco rígido não pesquisa em volta para encontrar lugares para colocar as coisas. O seu disco rígido é estúpido. Não é nada. É um grande bloco de armazenamento endereçado que coloca cegamente as coisas que o seu sistema operacional informa e lê o que é solicitado. As unidades modernas possuem mecanismos sofisticados de armazenamento em cache e buffer projetados para prever o que o sistema operacional solicitará com base na experiência que obtivemos com o passar do tempo (algumas unidades estão cientes do sistema de arquivos existente), mas essencialmente dirija apenas como um grande bloco de armazenamento com recursos de desempenho de bônus ocasionais.

2. Seu sistema operacional também não procura locais para colocar as coisas. Não há busca. Muito esforço foi feito para resolver esse problema, pois é essencial para o desempenho do sistema de arquivos. A forma como os dados são realmente organizados na sua unidade é determinada pelo seu sistema de arquivos. Por exemplo, FAT32 (antigo DOS e Windows PCs), NTFS (edições posteriores do Windows), HFS + (Mac), ext4 (alguns sistemas Linux) e muitos outros. Mesmo o conceito de um “arquivo” e um “diretório” são apenas produtos de sistemas de arquivos típicos - os discos rígidos não sabem nada sobre as misteriosas bestas chamadas arquivos . Detalhes estão fora do escopo desta resposta. Mas, essencialmente, todos os sistemas de arquivos comuns têm maneiras de rastrear onde o espaço disponível está em uma unidade, de modo que uma pesquisa por espaço livre seja desnecessária em circunstâncias normais (ou seja, sistemas de arquivos em bom estado de saúde). Exemplos:

  • O NTFS tem uma tabela de arquivos mestre, que inclui os arquivos especiais $ Bitmap , etc., e muitos metadados descrevendo a unidade. Essencialmente, ele mantém o controle de onde os próximos blocos livres são para que novos arquivos possam ser gravados diretamente em blocos livres sem ter que varrer a unidade toda vez.
  • Outro exemplo: Ext4 tem o que é chamado de alocador de bitmap, uma melhoria sobre ext2 e ext3 que basicamente ajuda a determinar diretamente onde estão os blocos livres em vez de varrer a lista de blocos livres. O Ext4 também suporta alocação atrasada , ou seja, buffer de dados na RAM pelo sistema operacional antes de gravá-los na unidade para tomar melhores decisões sobre onde colocá-los para reduzir a fragmentação.
  • Muitos outros exemplos.

“Ou com o movimento das coisas para criar um espaço contínuo suficientemente longo para salvar alguma coisa?”

Não. Isso não acontece, pelo menos não com qualquer sistema de arquivos que conheço. Os arquivos acabam fragmentados.

O processo de "mover as coisas para criar um espaço contíguo longo o suficiente para salvar algo" é chamado de desfragmentando . Isso não acontece quando os arquivos são gravados. Isso acontece quando você executa o desfragmentador de disco. Em edições mais recentes do Windows, pelo menos, isso acontece automaticamente em um cronograma, mas nunca é acionado por gravar um arquivo.

Ser capaz de evitar mover coisas como essa é a chave para o desempenho do sistema de arquivos e é por isso que a fragmentação acontece e por que a desfragmentação existe como uma etapa separada.

“Quanto espaço vazio devo deixar livre em um disco rígido?”

Essa é uma pergunta mais complicada para responder (e essa resposta já se tornou

Regras básicas:

1. Para todos os tipos de unidades:

  • O mais importante é deixar espaço livre suficiente para usar o computador com eficiência . Se você está ficando sem espaço para trabalhar, você vai querer uma unidade maior.
  • Muitas ferramentas de desfragmentação de disco exigem uma quantidade mínima de espaço livre (acho que o Windows exige 15%, no pior caso). use este espaço livre para armazenar temporariamente arquivos fragmentados enquanto outras coisas são reorganizadas
  • Deixe espaço para outras funções do sistema operacional. Por exemplo, se a sua máquina não tiver muita RAM física e você tiver a memória virtual ativada com um arquivo de paginação de tamanho dinâmico, convém deixar espaço suficiente para o tamanho máximo do arquivo de página. Ou, se você tiver um laptop colocado no modo de hibernação, precisará de espaço livre suficiente para o arquivo de estado de hibernação. Coisas assim.

2. Específico para SSD:

  • Para uma confiabilidade ideal (e, em menor grau, desempenho), os SSDs requerem algum espaço livre, que, sem entrar em muitos detalhes, eles usam para espalhando dados em torno da unidade para evitar constantemente escrever no mesmo lugar (o que os desgasta). Esse conceito de deixar espaço livre é chamado de superprovisionamento. É importante, mas em muitos SSDs, o espaço com excesso de provisionamento obrigatório já existe . Ou seja, as unidades geralmente têm algumas dezenas de GB a mais do que reportam ao sistema operacional. As unidades de extremidade inferior geralmente exigem que você deixe manualmente espaço não particionado, mas para unidades com OP obrigatório, não é necessário deixar espaço livre . Uma coisa importante a notar aqui é que o espaço superprovisionado geralmente é tomado apenas do espaço não particionado . Então, se sua partição ocupa todo o seu disco e você deixa algum espaço livre, isso não conta sempre . Muitas vezes, o provisionamento excessivo manual exige que você diminua sua partição para ser menor que o tamanho da unidade. Verifique o manual do usuário do seu SSD para detalhes. TRIM, coleta de lixo e outros efeitos também, mas esses estão fora do escopo desta resposta.

Pessoalmente, eu costumo pegar uma unidade maior quando tenho cerca de 20-25% de espaço livre restante. Isso não está relacionado ao desempenho, é apenas quando chego a esse ponto, espero que provavelmente eu fique sem espaço para dados em breve e que seja hora de obter uma unidade maior.

Mais importante do que assistir a um espaço livre é garantir que a desfragmentação agendada esteja habilitada onde for apropriado (não em SSDs), de modo que você nunca chegue ao ponto em que se torne terrível o suficiente para afetá-lo.


Há uma última coisa que vale a pena mencionar. Uma das outras respostas mencionadas aqui indica que o modo half-duplex da SATA impede a leitura e a escrita ao mesmo tempo. Embora seja verdade, isso é muito simplificado e não está relacionado aos problemas de desempenho discutidos aqui. O que isto significa, simplesmente, é que os dados não podem ser transferidos em ambas as direções no fio ao mesmo tempo. No entanto, o SATA tem uma especificação bastante complexa envolvendo tamanhos minúsculos de bloco (cerca de 8kB por bloco no fio, eu acho), filas de operação de leitura e gravação, etc., e não impede gravações em buffers acontecendo enquanto as leituras estão em andamento, intercaladas operações, etc.

Qualquer bloqueio que ocorra seria devido a competir por recursos físicos, geralmente mitigados por bastante cache. O modo duplex do SATA é quase totalmente irrelevante aqui.


(A) “Slow down” é um termo amplo. Aqui eu o uso para referir-se a coisas que estão ligadas a E / S (isto é, se o seu computador está ocupado, o conteúdo do disco rígido não tem impacto) ou ligado à CPU e competindo com coisas tangencialmente relacionadas que possuem alta Uso da CPU (ou seja, software antivírus varre vários arquivos)

(B) Os SSDs são afetados pela fragmentação, pois velocidades de acesso sequenciais geralmente são mais rápidas do que o acesso aleatório, apesar de as SSDs não enfrentarem as mesmas limitações que as mecânicas dispositivo (mesmo assim, a falta de fragmentação não garante acesso seqüencial devido ao desgaste, etc.). No entanto, em praticamente todos os cenários de uso geral, isso não é um problema. Diferenças de desempenho devido à fragmentação em SSDs são normalmente insignificantes para coisas como carregar aplicativos, inicializar o computador, etc.

(C) Assumindo um sistema de arquivos sano que não esteja fragmentando arquivos propositalmente.

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