Wat is fragmentatie in computers? Video

Wat is fragmentatie in computers? Definitie, betekenis, concept. In een andere post had ik het gehad over het belang van het defragmenteren van de harde schijf. Vandaag ben ik teruggekomen om te proberen, vooral aan leken, de term wat meer uit te leggen. Begon? Algemeen gezien is fragmentatie de actie van fragmenteren, van fragmenteren, van breken in kleinere stukken, van breken in verschillende stukken.

Inhoud

Harde schijf: Wat is fragmentatie in computers?

Fragmentatie is een term die de toestand beschrijft van gegevens die niet-aaneengesloten zijn opgeslagen op een opslagapparaat, zoals een harde schijf, geheugenmodule of flashstation. Fragmentatie treedt op wanneer gegevens worden geschreven, verwijderd of gewijzigd op het opslagapparaat, waardoor er gaten of gaten tussen gegevensblokken ontstaan. Deze hiaten maken het moeilijk voor het apparaat om snel en efficiënt toegang te krijgen tot gegevens, omdat het van de ene locatie naar de andere moet springen om het hele bestand te lezen of te schrijven.

Soorten fragmentatie

Er zijn verschillende soorten fragmentatie die van invloed kunnen zijn op de prestaties en capaciteit van een opslagapparaat. Enkele van de meest voorkomende typen zijn:

Interne fragmentatie: dit gebeurt wanneer het opslagapparaat meer ruimte toewijst dan nodig is voor een bestand of gegevensblok, waardoor ongebruikte ruimte binnen de toegewezen ruimte overblijft. Als een bestandssysteem bijvoorbeeld 4 kB toewijst voor elk bestand, maar een bestand slechts 3 kB nodig heeft, is er 1 kB interne fragmentatie.
Externe fragmentatie: dit gebeurt wanneer het opslagapparaat veel spaties of gaten tussen gegevensblokken heeft, waardoor het moeilijk is om aaneengesloten ruimte te vinden voor nieuwe bestanden of gegevensblokken. Als een bestandssysteem bijvoorbeeld veel kleine bestanden verwijdert, zijn er veel kleine spaties tussen de resterende bestanden, waardoor externe fragmentatie ontstaat.
Gegevensfragmentatie: dit gebeurt wanneer een bestand of gegevensblok in verschillende delen wordt gesplitst en op verschillende locaties op het opslagapparaat wordt opgeslagen. Als een bestandssysteem bijvoorbeeld een groot bestand schrijft dat niet in een aaneengesloten ruimte past, wordt het in kleinere delen gesplitst en opgeslagen waar ruimte beschikbaar is, waardoor gegevensfragmentatie ontstaat.

Problemen en nadelen

Fragmentatie kan verschillende problemen veroorzaken voor een opslagapparaat, zoals:

Opslagfout: Fragmentatie kan het risico op gegevensverlies of corruptie vergroten, omdat het opslagapparaat harder moet werken om toegang te krijgen tot gefragmenteerde gegevens. Als er een stroomstoring of hardwarestoring is, kunnen sommige gegevens verloren gaan of beschadigd raken.
Prestatievermindering: Fragmentatie kan de snelheid en efficiëntie van het opslagapparaat verminderen omdat het meer tijd en middelen moet besteden aan het lokaliseren en openen van gefragmenteerde gegevens. Dit kan van invloed zijn op de algehele prestaties van het systeem dat door het opslagapparaat wordt gebruikt.

Capaciteitsvermindering: Fragmentatie kan waardevolle opslagruimte verspillen door ongebruikte ruimte binnen of tussen gegevensblokken achter te laten. Dit kan de beschikbare ruimte voor nieuwe bestanden of gegevensblokken verminderen.

Oplossing

Om deze problemen op te lossen, zijn er verschillende oplossingen die kunnen helpen fragmentatie op een opslagapparaat te verminderen of te voorkomen. Enkele van de meest voorkomende oplossingen zijn:

Defragmentatie: dit is een proces waarbij gegevens op het opslagapparaat worden gereorganiseerd om hiaten en hiaten tussen gegevensblokken te elimineren of te minimaliseren. Defragmentatie kan de prestaties en capaciteit van het opslagapparaat verbeteren door het gemakkelijker te maken om gegevens te openen en op te slaan. Defragmentatie kan handmatig of automatisch worden uitgevoerd met behulp van gespecialiseerde softwaretools.

Toewijzingsstrategieën: dit zijn methoden die bepalen hoe het opslagapparaat ruimte toewijst aan nieuwe bestanden of gegevensblokken. Toewijzingsstrategieën kunnen helpen fragmentatie te verminderen door optimale locaties en grootten voor gegevensblokken te kiezen. Enkele van de gemeenschappelijke toewijzingsstrategieën zijn de eerste pasvorm, de beste pasvorm, de slechtste pasvorm en de volgende pasvorm.
Bestandssystemen: dit zijn structuren die gegevens op het opslagapparaat organiseren en beheren. Bestandssystemen kunnen fragmentatie helpen voorkomen door efficiënte technieken te gebruiken om gegevens op te slaan en te openen. Enkele van de meest voorkomende bestandssystemen zijn FAT, NTFS, ext4 en APFS.

Fragmentatie op basis van besturingssysteem

Een van de uitdagingen waarmee ontwikkelaars worden geconfronteerd bij het bouwen van apps voor verschillende platforms is fragmentatie. Fragmentatie verwijst naar de diversiteit en inconsistentie van hardware, software en gebruikersvoorkeuren op verschillende apparaten. Een app die bijvoorbeeld goed werkt op een Android-telefoon, werkt mogelijk niet soepel op een iOS-tablet of omgekeerd.

Fragmentatie kan van invloed zijn op verschillende aspecten van de ontwikkeling van toepassingen, zoals compatibiliteit, prestaties, beveiliging en gebruikerservaring. Om met fragmentatie om te gaan, moeten ontwikkelaars rekening houden met de volgende factoren:

– Besturingssysteem: Het besturingssysteem (OS) is de software die de basisfuncties van een apparaat beheert, zoals geheugen, opslag, invoer / uitvoer en netwerk. Verschillende besturingssystemen hebben verschillende functies, mogelijkheden en beperkingen die van invloed zijn op de manier waarop toepassingen erop worden uitgevoerd. Android is bijvoorbeeld een open-source besturingssysteem waarmee gebruikers hun apparaten kunnen aanpassen en apps van verschillende bronnen kunnen installeren, terwijl iOS een closed-source besturingssysteem is dat gebruikers beperkt tot het ecosysteem en de app store van Apple. Ontwikkelaars moeten ervoor zorgen dat hun apps compatibel zijn met de versies en updates van het besturingssysteem die hun doelgebruikers hebben.

– Hardware: Hardware verwijst naar de fysieke componenten van een apparaat, zoals de processor, het geheugen, de batterij, het scherm, de camera, sensoren, enz. Verschillende hardwareconfiguraties kunnen van invloed zijn op de prestaties en functionaliteit van toepassingen. Een toepassing die bijvoorbeeld een hoge verwerkingskracht vereist, werkt mogelijk niet goed op een apparaat met een low-end processor of beperkt geheugen. Ontwikkelaars moeten hun applicaties optimaliseren voor verschillende hardwarespecificaties en deze op meerdere apparaten testen.

– Gebruikersvoorkeuren: Gebruikersvoorkeuren verwijzen naar de opties en instellingen die gebruikers op hun apparaten hebben, zoals taal, regio, toegankelijkheid, scherm, geluid, enz. Verschillende gebruikersvoorkeuren kunnen van invloed zijn op het uiterlijk en het gedrag van toepassingen. Een app die tekst-naar-spraak gebruikt, werkt bijvoorbeeld mogelijk niet correct als de gebruiker een andere taal of accent heeft dan verwacht door de app. Ontwikkelaars moeten gebruikersvoorkeuren respecteren en aanpassings- en aanpassingsopties bieden.

OS-gebaseerde fragmentatie is een realiteit waar ontwikkelaars mee te maken hebben bij het bouwen van platformonafhankelijke applicaties. Door inzicht te krijgen in de factoren die fragmentatie veroorzaken en best practices toe te passen voor compatibiliteit, prestaties, beveiliging en gebruikerservaring, kunnen ontwikkelaars apps bouwen die goed werken op verschillende apparaten en platforms.

Hoe RAM-fragmentatie in C ++ te voorkomen

RAM-fragmentatie is een veel voorkomend probleem dat de prestaties en betrouwbaarheid van C ++ -toepassingen beïnvloedt. RAM-fragmentatie treedt op wanneer de geheugenverdeler geen aaneengesloten blok vrij geheugen kan vinden dat groot genoeg is om aan een verzoek te voldoen, ook al is er voldoende totaal vrij geheugen beschikbaar. Dit kan leiden tot geheugentoewijzingsfouten, verhoogd geheugengebruik en verminderde cache-efficiëntie.

Er zijn verschillende factoren die kunnen bijdragen aan RAM-fragmentatie, zoals:

De grootte en frequentie van geheugentoewijzingen en deallocaties
De volgorde en timing van geheugentoewijzingen en -toewijzingen.

Geheugenblokken uitlijnen en vullen
De implementatie en configuratie van de geheugenverallocator.

Om RAM-fragmentatie te voorkomen of te verminderen, kunnen C ++ -ontwikkelaars enkele van de volgende technieken gebruiken:

Gebruik aangepaste mappers die zijn afgestemd op de specifieke behoeften van uw toepassing of gegevensstructuur
Gebruik geheugenpools of arena’s die grote delen van het geheugen vooraf toewijzen en deze onderverdelen in kleinere blokken
Gebruik slimme pointers of RAII (Resource Acquisition is Initialization) om de levensduur van dynamische objecten te beheren en geheugenlekken te voorkomen

Vermijd het toewijzen en vrijmaken van geheugen op verschillende threads of modules
Vermijd het mengen van verschillende soorten geheugenverdelers of bibliotheken
Gebruik standaardcontainers en algoritmen die onnodig kopiëren en het formaat van geheugenblokken minimaliseren

Gebruik compressie- of serialisatietechnieken om de grootte van gegevensstructuren te verkleinen
Gebruik hulpprogramma’s en statistieken om geheugengebruik en fragmentatie van toepassingen te controleren en te analyseren

RAM-fragmentatie is een stille prestatiemoordenaar die elke C ++ -toepassing kan beïnvloeden. Door enkele van de hierboven genoemde technieken toe te passen, kunnen C ++ -programmeurs de efficiëntie en robuustheid van hun geheugenbeheer verbeteren en verspilling van waardevolle systeembronnen voorkomen.

Data pakket

Een gegevenspakket is een gegevenseenheid die wordt verzonden via een netwerk, zoals internet. Het bestaat meestal uit een koptekst die besturingselementinformatie bevat, zoals bron- en doeladressen, en een payload die de werkelijke gegevens bevat die worden verzonden. Gegevenspakketten worden gebruikt in netwerkprotocollen zoals TCP/IP, het meest gebruikte protocol voor communicatie via internet. Gegevenspakketten worden gefragmenteerd en verzonden in afzonderlijke eenheden, zodat ze efficiënt worden gerouteerd en verzonden via het netwerk, en opnieuw worden samengesteld aan de ontvangende kant om de oorspronkelijke gegevens te reconstrueren.

Gegevenspakkettering verwijst naar het proces van het splitsen van gegevens in pakketten om ze over een netwerk te verzenden en ze aan de ontvangende kant opnieuw samen te stellen. Verpakking maakt efficiënte en betrouwbare gegevensoverdracht mogelijk via netwerken met verschillende bandbreedte-, latentie- en betrouwbaarheidskenmerken, zoals internet. Verpakking is een fundamenteel concept in moderne netwerken en maakt verschillende internettoepassingen mogelijk, zoals surfen op het web, e-mail, bestandsoverdracht, videostreaming en meer.

Pakketfragmentatie op internet

Wat is pakketfragmentatie en waarom komt het voor op internet? In deze blogpost leggen we het concept van pakketfragmentatie uit, de redenen waarom het optreedt en de voor- en nadelen van dit proces.

Pakketfragmentatie is het proces waarbij een groot gegevenspakket wordt gesplitst in kleinere stukjes die passen in de maximale transmissie-eenheid (MTU) van een netwerkverbinding. Een netwerkverbinding is een fysieke of logische verbinding tussen twee apparaten in een netwerk. MTU is de maximale grootte van een gegevenspakket dat zonder fragmentatie via een netwerkverbinding kan worden verzonden.

De reden voor pakketfragmentatie is dat verschillende netwerkverbindingen verschillende MTU’s kunnen hebben. Een Ethernet-verbinding heeft bijvoorbeeld een MTU van 1500 bytes, terwijl een IPsec-tunnel een MTU van 1400 bytes heeft. Als een apparaat een gegevenspakket verzendt dat groter is dan de MTU van de volgende netwerkkoppeling, zal het apparaat of de router die verbinding maakt met die koppeling het pakket fragmenteren. De gefragmenteerde pakketten worden vervolgens opnieuw samengesteld door het doelapparaat of de router.

Het voordeel van pakketfragmentatie is dat datapakketten verschillende netwerkverbindingen met verschillende MTU’s kunnen doorkruisen. Dit verhoogt de compatibiliteit en interoperabiliteit van verschillende netwerktechnologieën en -protocollen. Pakketfragmentatie maakt ook dynamische routering mogelijk, wat betekent dat gegevenspakketten verschillende routes kunnen nemen om hun bestemming te bereiken, afhankelijk van de netwerkomstandigheden en beschikbaarheid.

Het nadeel van pakketfragmentatie is dat het de overhead en complexiteit van gegevensoverdracht verhoogt. Pakketfragmentatie vereist extra verwerkings- en geheugenbronnen op de apparaten of routers van de afzender en ontvanger. Pakketfragmentatie introduceert ook extra headers en velden in elk gefragmenteerd pakket, waardoor de grootte en efficiëntie van de payload worden verminderd. Pakketfragmentatie verhoogt ook het risico op pakketverlies en corruptie, omdat elk gefragmenteerd pakket correct moet worden afgeleverd en opnieuw samengesteld om het oorspronkelijke gegevenspakket te herstellen.

Opmerking: Dit thema is een constante geweest gedurende mijn hele carrière. Toen ik begon, deed ik onderhoud aan computerapparatuur en een van mijn taken was het optimaliseren van de prestaties van de gegevens op een harde schijf. Nu ik met servers werk, geeft het me enkele ideeën over procedures en best practices.

gevolgtrekking

Fragmentatie is een veel voorkomend fenomeen in computers dat de prestaties en capaciteit van opslagapparaten beïnvloedt. Door te begrijpen wat fragmentatie is, wat de oorzaak is, welke problemen het veroorzaakt en welke oplossingen beschikbaar zijn, kunt u uw opslagapparaat optimaliseren en de prestaties van uw systeem verbeteren.