断片化(フラグメンテーション)とデフラグとは?仕組み・原因・対処法を徹底解説

「断片化(フラグメンテーション)」や「最適化(デフラグ)」という言葉を耳にしたことはありますか?この記事では、これらの用語が正確に何を意味するのか、そしていつ断片化とデフラグが必要になるのかを詳しく解説します。

コンピュータの黎明期には、磁気テープ、パンチカード、パンチテープ、磁気フロッピーディスクなど、今では時代遅れとなった記憶媒体が使われていました。これらは容量も速度も極めて低く、さらにデータが破損しやすいという信頼性の問題を抱えていました。こうした課題が、コンピュータ業界に新たな記憶技術の革新を促すことになります。その結果生まれたのが、磁石を使ってデータを記録・読み出す伝説的なスピニングディスクドライブ(HDD)です。ただし、これらの記憶媒体に共通していたのは、特定の情報を読み出すために媒体全体を順番に読み込む必要があるという点でした。

HDDは従来の記憶媒体より大幅に高速でしたが、それでも独自の弱点を抱えていました。その一つが「断片化」と呼ばれる問題です。

断片化とデフラグとは?

断片化とデフラグという言葉を聞いたことがあっても、その意味やシステムがどのように処理を行っているのか疑問に思ったことはないでしょうか。ここで両者の違いについてすべて学んでいきましょう。

断片化(フラグメンテーション)とは?

断片化の世界を探る前に、まずハードディスクドライブ(HDD)の仕組みを理解しておくことが重要です。HDDは複数のパーツで構成されていますが、知っておくべき主要な部分は2つだけです。1つ目は「プラッタ」と呼ばれる部分です。イメージとしては小さな金属円盤のようなもので、ディスク内部に収まるサイズです。

この金属円盤には数枚があり、それぞれに磁性体が microscopic(微細)な層として塗布されており、すべてのデータがここに保存されます。プラッタは非常に高い速度で回転しており、一般的には5400RPM(1分あたりの回転数)または7200RPMの一定速度で回転します。回転速度(RPM)が速いほど、データの読み書き速度も速くなります。

2つ目は「ディスク読み書きヘッド(スピナーヘッド)」と呼ばれる部品です。このヘッドはプラッタから発せられる磁気信号を読み取り、変更を加えます。データは「セクタ」と呼ばれる小さな単位で保存されます。

新しいタスクやファイルが処理されるたびに、新しいメモリセクタが作成されます。しかし、ディスク容量を効率的に使うため、システムは以前使用されなかったセクタを埋めようとします。ここからが断片化という大きな問題の発端です。データがHDD全体に断片として散在しているため、特定のデータにアクセスするたびに、システムはそれらすべての断片をたどる必要があります。これにより、処理全体、ひいてはシステム全体が著しく遅くなってしまうのです。

コンピュータの世界の外で言えば、断片とは何か?断片とは、集めると全体を形成する物の小さな部分のことです。ここでも同じ概念が使われています。システムは複数のファイルを保存します。これらのファイルは開かれ、追記され、保存され、再び格納されます。編集のためにシステムがファイルを取り込んだとき、ファイルのサイズが以前より大きくなっている場合、断片化が必要となります。ファイルは複数の部分に分割され、それぞれがストレージ領域の異なる場所に保存されます。これらの部分は「フラグメント」とも呼ばれます。FAT(File Allocation Table:ファイルアロケーションテーブル)などのツールが、ストレージ内の各断片の場所を追跡するために使用されます。

これはユーザーには見えません。ファイルがどのように保存されていようと、ユーザーには保存した場所に完全なファイルとして表示されます。しかしハードディスクの中では事情がまったく違います。ファイルの various な断片はストレージデバイス全体に散りばめられています。ユーザーがファイルをクリックして再度開くと、ハードディスクは素早くすべての断片を組み立て、全体として提示するのです。

関連記事: Windows 10の管理ツールとは?

断片化を理解するための例え話

断片化を理解するのに適した例えがカードゲームです。プレイするためにトランプ一式(デック)が必要だとしましょう。カードがあちこちに散らばっていれば、デック一式を揃えるためにいろいろな場所からカードを集めなければなりません。散らばったカードは、ファイルの断片に相当します。カードを集める行為は、ファイルが要求されたときにハードディスクが断片を組み立てる作業に似ています。

断片化が起こる理由

断片化についてある程度理解できたところで、なぜ断片化が発生するのかを見ていきましょう。断片化の主な原因はファイルシステムの構造にあります。例えば、ユーザーがファイルを削除したとします。すると、そのファイルが占めていた場所は空きになります。しかし、その空きスペースは新しいファイル全体を収めるのに十分な大きさではないかもしれません。この場合、新しいファイルは断片化され、空きがあるさまざまな場所に分割して保存されます。また、ファイルシステムが必要以上のスペースをファイル用に予約し、ストレージに隙間を残すこともあります。

断片化を実装せずにファイルを保存するオペレーティングシステムもあります。しかしWindowsの場合、断片化こそがファイルの保存方法なのです。

断片化によって引き起こされる潜在的な問題

ファイルが整理された形で保存されていれば、ハードドライブがファイルを取り出すのにかかる時間は短くなります。ファイルが断片化されて保存されていると、ハードディスクはファイルを取得する際により広い範囲を移動しなければなりません。断片化されたファイルが増えていくにつれて、取得時にさまざまな断片を拾い集めて組み立てる時間がかかり、システム全体が遅くなります。

これを理解するための適切な例えを挙げましょう。サービスの悪い図書館を想像してください。司書は返却された本を本来の棚に戻さず、自分の机に一番近い棚に置いてしまいます。本をしまうだけなら時間の節約に見えますが、本当の問題は利用者がその本を借りたいときに発生します。ランダムな順序で置かれた本の中から探し出すには、非常に長い時間がかかります。

だからこそ、断片化は「必要悪」と呼ばれるのです。この方式でファイルを保存するほうが速いのですが、結果的にはシステムを遅くしてしまいます。

断片化したドライブを検出する方法

過度な断片化はシステムのパフォーマンスに影響します。そのため、パフォーマンスの低下に気づけば、ドライブが断片化しているかどうかは簡単に判断できます。ファイルを開いたり保存したりする時間が明らかに長くなっている場合は要注意です。場合によっては、他のアプリケーションも遅くなります。時間が経つと、システムの起動に非常に長い時間がかかるようになるでしょう。

断片化が引き起こす明白な問題のほかに、より深刻な問題もあります。一例として、ウイルス対策ソフトのパフォーマンス低下が挙げられます。ウイルス対策ソフトは、ハードドライブ上のすべてのファイルをスキャンするように作られています。ファイルの大部分が断片として保存されている場合、スキャンには非常に長い時間がかかります。

データのバックアップも影響を受けます。予想以上に時間がかかるのです。問題がピークに達すると、システムが警告なしにフリーズしたりクラッシュしたりすることがあります。起動できなくなる場合もあります。

これらの問題に対処するには、断片化を適切に管理することが重要です。そうしないと、システムの効率が深刻な打撃を受けます。

問題を解決するには?

断片化は避けられないものですが、システムを正常に動作させ続けるためには対処が必要です。この問題を解決するには、「デフラグメンテーション(最適化)」と呼ばれる別のプロセスを実行する必要があります。デフラグとは何か?どのように実行するのか見ていきましょう。

デフラグメンテーション(最適化)とは?

本質的に言えば、ハードドライブはコンピュータの「ファイリングキャビネット(書類棚)」のようなものです。しかし、必要なファイルがすべて散乱して無秩序に置かれている状態では、新しいプロジェクトが来るたびに目的のファイルを探すのに長い時間を費やすことになります。もし整理係がファイルをアルファベット順に整理してくれれば、必要なファイルを迅速かつ簡単に見つけることができるでしょう。

デフラグメンテーションは、ファイルの断片化されたすべての部分を収集し、連続したストレージ領域に保存します。簡単に言えば、断片化の逆の操作です。手動で行うことはできず、専用に設計されたツールを使用する必要があります。確かに時間のかかるプロセスですが、システムのパフォーマンスを向上させるために必要な作業です。

ディスクデフラグのプロセスは次のように行われます。オペレーティングシステムに組み込まれたストレージアルゴリズムが自動的に実行するはずのものです。デフラグ中、システムは散在するすべてのデータをまとまりのある連続したデータストリームにするために、データブロックを移動させて密なセクタに統合します。

デフラグ後は、PCのパフォーマンス向上、起動時間の短縮、フリーズの大幅な減少など、かなりの速度向上を実感できます。ただし、デフラグはディスク全体をセクタごとに読み込んで整理する必要があるため、非常に時間のかかるプロセスであることに注意してください。

最新のオペレーティングシステムの多くには、デフラグ機能が標準で組み込まれています。しかし、以前のWindowsバージョンではそうではなかったり、仮にあったとしても、そのアルゴリズムは根本的な問題を完全に解消できるほど効率的ではありませんでした。

そこで、デフラグソフトウェアが登場しました。ファイルのコピーや移動の際には、進行状況バーによって読み書き操作がはっきりと表示されるため目にすることができます。しかし、OSが実行している読み書きプロセスの大半は目に見えません。そのため、ユーザーはこれを把握して計画的にハードドライブをデフラグすることができないのです。

関連記事: 再起動とリスタートの違いは?

その結果、Windows OSにはデフォルトのデフラグツールがプリインストールされるようになりましたが、効率的な技術の不足により、多くのサードパーティ開発者が断片化問題に対処するための独自のソフトウェアを発表することになりました。

Windowsの内蔵ツールよりも優れた性能を発揮するサードパーティ製ツールもあります。おすすめの無料デフラグツールを以下に挙げます。

• Defraggler
• Smart Defrag
• Auslogics Disk Defrag
• Puran Defrag
• Disk SpeedUp

特に優れたツールの一つが「Defraggler」です。スケジュールを設定すれば、設定した日時に自動的にデフラグを実行してくれます。対象とする特定のファイルやフォルダを選択したり、逆に除外したりすることも可能です。ポータブル版もあります。使用頻度の低い断片をディスクの末尾に移動してアクセスを高速化したり、デフラグ前にごみ箱を空にしたりといった便利な機能も備えています。

多くのツールはインターフェースがほぼ似通っており、使い方は直感的に理解できます。ユーザーはデフラグしたいドライブを選択し、開始ボタンをクリックするだけです。処理には少なくとも1時間ほどかかることを想定してください。使用状況にもよりますが、年1回、少なくとも2〜3年に1回は実行することをお勧めします。これらのツールはシンプルで無料で使えるのですから、システムの効率を安定させるために活用しない手はないでしょう。

SSD(ソリッドステートドライブ)と断片化

ソリッドステートドライブ(SSD)は、スマートフォン、タブレット、ノートPC、デスクトップPCなど、多くの一般向けデバイスで普及している最新のストレージ技術です。SSDはフラッシュメモリを使用して作られており、これはUSBメモリなどに使われているのと同じメモリ技術です。

SSDを搭載したシステムを使っている場合、デフラグを実行すべきなのでしょうか?SSDはHDDとは異なり、可動部品が一切ありません。可動部分がないということは、ファイルの断片を集めるのにほとんど時間がかかりません。そのため、この場合ファイルへのアクセスは高速です。

しかし、ファイルシステム自体は同じであるため、SSD搭載システムでも断片化は発生します。幸いなことに、パフォーマンスへの影響はほとんどないため、デフラグを実行する必要はありません。

むしろ、SSDに対してデフラグを実行すると有害になり得ます。ソリッドステートドライブには書き込み可能な回数に固定の上限があります。デフラグを繰り返し実行すると、ファイルを現在の場所から移動して新しい場所に書き込むことになるため、SSDの寿命を早めてしまいます。

したがって、SSDへのデフラグ実行は悪影響をもたらします。実際、多くのシステムではSSD搭載時にデフラグオプションが無効化されています。他のシステムでは、警告を表示して影響を認識できるようにしています。

おすすめ記事: Windows 10でドライブがSSDかHDDか確認する方法

まとめ

これで、断片化とデフラグの概念をより深く理解できたのではないでしょうか。

覚えておきたいポイント:

1. ディスクドライブのデフラグはハードドライブへの負荷が大きいため、必要なときにのみ実行するのがベストです。

2. デフラグの頻度を抑えるだけでなく、SSDを使用している場合は、次の2つの理由からデフラグは不要です。

• 第一に、SSDはデフォルトで非常に高速な読み書き速度を持つように設計されているため、軽度の断片化は速度にほとんど影響しません。
• 第二に、SSDには読み書きサイクルの上限があるため、それらのサイクルを消耗しないよう、SSDでのデフラグは避けるべきです。

3. デフラグとは、HDD上でファイルの追加・削除によって孤立したファイルの断片を整理するシンプルなプロセスです。