La défragmentation de disque, expliquée.

Qu’est-ce que la fragmentation d’un disque ?

Un système de fichiers n’enregistre pas un fichier octet par octet. Il distribue l’espace par morceaux de taille fixe appelés clusters (ou unités d’allocation, ou blocs) : la plus petite quantité d’espace disque qu’un fichier puisse occuper. Un fichier de 10 Ko, sur un disque aux clusters de 4 Ko, en prend trois.

Idéalement, les clusters d’un fichier se suivent. Quand ce n’est pas le cas, et que le fichier est stocké en plusieurs plages séparées, dispersées sur le disque, on dit qu’il est fragmenté.

Ça arrive tout seul, au fil de l’utilisation du disque :

• Supprimer laisse des trous. Efface un fichier, et ses clusters deviennent un vide. Le fichier suivant peut être plus gros que ce trou : il est alors coupé en deux, une partie dans le trou, le reste là où il y a de la place.
• Les fichiers grossissent. Ajoute une page à un document ou une journée à un fichier journal, et les nouveaux clusters ne peuvent souvent pas se placer juste après les anciens, parce qu’un autre fichier occupe déjà la place.
• Le système de fichiers vise la vitesse, pas l’ordre. FAT, le système de fichiers de MS-DOS et de Windows 95 et 98, repart en général du dernier cluster attribué et prend le suivant qui est libre. C’est rapide, et avec le temps, ça éparpille les fichiers.

Il y en a en fait deux sortes. La fragmentation des fichiers, c’est un fichier coupé en morceaux. La fragmentation de l’espace libre, c’est l’espace vide morcelé en petits trous, et c’est elle qui cause la première : quand aucun trou n’est assez grand, chaque nouveau fichier arrive en morceaux.

Pourquoi la fragmentation ralentissait les disques durs

Un disque dur, c’est une pile de plateaux qui tournent et une tête de lecture/écriture au bout d’un bras pivotant. Avant de pouvoir lire quoi que ce soit, le bras doit amener la tête sur la bonne piste (c’est le temps de positionnement), puis attendre que le bon endroit du plateau passe sous elle (c’est la latence rotationnelle). Alors seulement, les données arrivent, et elles arrivent vite tant qu’elles forment une seule suite continue.

Chaque fragment supplémentaire impose un nouveau déplacement de la tête et une nouvelle attente. Des ingénieurs de Microsoft ont qualifié ces deux délais de « deux principaux coupables ». Un fichier en 50 morceaux les subit 50 fois au lieu d’une.

Quelques millisecondes, ça paraît dérisoire, mais pendant ce temps, le même disque aurait pu lire des dizaines, voire des centaines de kilo-octets d’affilée. Voilà pourquoi un disque fragmenté semblait si poussif : les programmes mettaient plus de temps à démarrer, et le disque grattait bruyamment pendant que la tête faisait des allers-retours.

L’emplacement des données compte aussi. Avec l’enregistrement par zones (zoned bit recording), les pistes extérieures contiennent plus de secteurs que les pistes intérieures : le début du disque (le bord extérieur) en est donc la partie la plus rapide. Les bons défragmenteurs en tiraient parti.

Que fait vraiment un défragmenteur ?

Un défragmenteur, c’est un déménageur minutieux. Pour chaque fichier fragmenté, il trouve une plage libre assez grande, y copie les morceaux dans l’ordre, vérifie la copie, indique le nouvel emplacement au système de fichiers, et seulement ensuite libère les anciens clusters. Si quelque chose tourne mal en cours de route, l’original est toujours à sa place.

Au passage, un bon défragmenteur :

• Regroupe l’espace libre en une seule grande zone, pour que les nouveaux fichiers aient la place d’arriver d’un seul tenant.
• Place les fichiers avec soin : les fichiers système et ceux qu’on utilise souvent près du début du disque, le plus rapide, ceux qu’on utilise rarement plus loin. Windows 98 allait jusqu’à ranger les fichiers des programmes dans l’ordre exact où ceux-ci les chargeaient.
• Laisse certaines choses tranquilles. Sous Windows 2000, les fichiers que le système gardait ouverts, comme le fichier d’échange et la table de fichiers maître (MFT) de NTFS, ne pouvaient pas être déplacés pendant que Windows tournait. Certains outils les traitaient lors d’une passe spéciale, au démarrage.

Défragmenter ne supprime rien et n’agrandit pas le disque. Ça ne fait que déplacer les données, pour que le disque puisse les lire avec moins d’allers-retours de la tête.

Le Défragmenteur de disque de Windows 95 et 98

Pour beaucoup, c’est le défragmenteur : une fenêtre pleine de petits carrés qui changeaient lentement de couleur à mesure que le programme avançait sur le lecteur C. Il était fourni avec Windows 95 et, comme la commande DEFRAG de MS-DOS 6, il avait été développé par Symantec, l’éditeur des Norton Utilities et de leur Speed Disk.

Un clic sur Afficher les détails ouvrait la fameuse carte. Sa légende expliquait chaque carré :

• Données optimisées (défragmentées)Les fichiers terminés : d’un seul tenant et à leur place.
• Données non optimiséesLes données encore à déplacer, classées selon l’endroit où elles doivent aller : au début, au milieu ou à la fin du lecteur.
• Espace libreDes clusters vides, qui attendent d’être remplis.
• Données qui ne seront pas déplacéesLes fichiers que le défragmenteur doit laisser exactement là où ils sont.
• Zone défectueuse (endommagée) du disqueDes clusters marqués comme inutilisables. Windows les dessinait sous la forme d’une case blanche barrée d’un trait rouge.
• Données en cours de lectureLes blocs que la tête est en train de ramasser.
• Données en cours d’écritureL’endroit où ces blocs sont déposés.

Tout en bas figurait la ligne qui résume toute l’image : « Chaque case représente un cluster du disque. » (« Each box represents one disk cluster. » dans la version anglaise). Les couleurs ci-dessus sont celles du thème Classic 98 de Defragment.

Windows 98 a ajouté une case à cocher, « Réorganiser les fichiers programme pour que mes programmes démarrent plus vite » (« Rearrange program files so my programs start faster »). Derrière, il y avait l’Intel Application Launch Accelerator : un petit programme appelé Task Monitor notait quelles parties de quels fichiers chaque programme lisait au démarrage, et le défragmenteur disposait ces parties exactement dans cet ordre. Lors du test mené par Intel lui-même en 1997, les programmes Office démarraient en 3,7 secondes environ au lieu de 11,3.

Ça explique aussi un agacement bien connu. Si un autre programme écrivait sur le disque pendant que le défragmenteur travaillait (un économiseur d’écran était le coupable typique), la carte qu’il avait établie n’était plus à jour, et il recommençait depuis le début. Beaucoup se souviennent d’une défragmentation qui ne semblait jamais dépasser les 10 %.

Petite histoire de la défragmentation

1. 1986

   Diskeeper et DiskExpress

   Executive Software sort Diskeeper pour les mini-ordinateurs VAX/VMS, et Alsoft lance DiskExpress pour le Mac.

2. 1987

   Norton Speed Disk

   Speed Disk arrive avec Norton Utilities 4.0 Advanced Edition et devient l’un des défragmenteurs les plus connus de l’ère DOS.

3. 1993

   MS-DOS 6.0 : DEFRAG

   DOS reçoit sa propre commande DEFRAG : une version allégée de Speed Disk, sous licence Symantec.

4. 1995

   Windows 95

   Le Défragmenteur de disque, là encore du code Symantec, affiche la carte des clusters sur des millions d’écrans.

5. 1996

   Windows NT 4.0

   Aucun défragmenteur fourni, mais de nouvelles fonctions système permettent à des outils comme Diskeeper de déplacer des clusters en toute sécurité pendant que Windows tourne.

6. 1998

   Windows 98

   Le défragmenteur apprend à ranger les fichiers programme dans l’ordre de leur chargement, grâce à l’Application Launch Accelerator d’Intel.

7. 2000

   Windows 2000 et XP

   Un défragmenteur conçu avec Executive Software, l’éditeur de Diskeeper. Ses barres montrent les fichiers fragmentés en rouge, les fichiers contigus en bleu, les fichiers non déplaçables en vert et l’espace libre en blanc.

8. 2003

   Mac OS X 10.3 Panther

   Le système de fichiers du Mac se met à défragmenter de lui-même les petits fichiers très fragmentés, au moment où on les ouvre.

9. 2007

   Windows Vista

   La défragmentation devient une tâche planifiée, en arrière-plan, et la carte disparaît.

10. 2009

    Windows 7

    La progression redevient visible, plusieurs lecteurs peuvent être traités en même temps, et les SSD sont exclus de la défragmentation.

11. 2012

    Windows 8 : Optimiser les lecteurs

    L’outil change de nom et apprend à traiter les SSD à part : au lieu de déplacer des données, il leur envoie la commande TRIM.

12. 2017

    APFS

    Le nouveau système de fichiers d’Apple est conçu pour le stockage flash. Sur un SSD, la question de la défragmentation ne se pose tout simplement plus.

Défragmenter sous Windows 10 et 11

Windows le fait toujours, tu ne le vois simplement pas. L’outil s’appelle désormais Optimiser les lecteurs (cherche « Défragmenter et optimiser les lecteurs » dans le menu Démarrer), et par défaut, il se lance tout seul une fois par semaine.

• Sur un disque dur, il analyse le lecteur et le défragmente.
• Sur un SSD, il envoie plutôt un retrim : il indique au lecteur quels blocs ne sont plus utilisés.
• Sur une clé USB ou une carte SD amovible formatée en FAT, il ne fait rien.

Il y a une exception qui surprend. Si la Restauration du système ou d’autres clichés instantanés de volume sont activés, Windows défragmente aussi les SSD, environ une fois par mois. L’équipe de Microsoft chargée du stockage a expliqué qu’un volume très fragmenté ralentit les clichés instantanés et peut se heurter à une limite du système de fichiers sur le nombre de fragments qu’un fichier peut compter.

Pour les adeptes de la ligne de commande, defrag C: /A analyse un lecteur, defrag C: /O lance l’optimisation adaptée à son type, et defrag C: /L fait un retrim sur un SSD. Une défragmentation complète demande au moins 15 % d’espace libre sur le lecteur.

Faut-il défragmenter un SSD ?

Non. Un SSD n’a ni tête ni plateau qui tourne : il n’y a donc ni temps de positionnement ni attente. Son contrôleur tient sa propre table de correspondance entre les adresses qu’utilise l’ordinateur et les cellules flash où se trouvent réellement les données, et il répartit volontairement les écritures sur toute la puce. Un fichier qui paraît fragmenté aux yeux de Windows peut se trouver n’importe où dans le SSD, et il se lit tout aussi vite dans un cas comme dans l’autre.

Défragmenter ne ferait que réécrire des données qui sont très bien là où elles sont, et la mémoire flash ne supporte qu’un nombre limité d’écritures. Samsung, l’un des plus grands fabricants de SSD, le dit sans détour : la défragmentation n’est pas nécessaire, et il recommande de désactiver la défragmentation automatique pour ses disques.

Ce dont un SSD a vraiment besoin, c’est de TRIM : le système d’exploitation lui indique quels blocs sont libres, pour qu’il puisse les effacer à l’avance et continuer à écrire rapidement. Windows et macOS le font automatiquement, et la plupart des distributions Linux le lancent à intervalles réguliers.

Faut-il défragmenter un Mac ?

Presque jamais. À l’époque du Mac OS classique, on utilisait des outils comme DiskExpress et PlusOptimizer d’Alsoft, le Speed Disk des Norton Utilities ou TechTool Pro. Depuis Mac OS X, le système s’occupe lui-même de l’essentiel.

• Mac OS X 10.2 a introduit l’allocation différée : le système de fichiers attend avant de choisir où placer les nouvelles données, pour pouvoir leur trouver un seul emplacement contigu.
• Mac OS X 10.3 Panther a introduit la défragmentation automatique. Quand on ouvre un fichier de moins de 20 Mo découpé en plus de huit morceaux, il est discrètement regroupé en un seul.
• Hot File Clustering rassemble les petits fichiers les plus lus du disque de démarrage dans une zone « chaude » réservée du disque.

À l’époque, Apple estimait elle-même qu’avec Mac OS X, on n’aurait sans doute pas besoin d’optimiser quoi que ce soit. Les Mac d’aujourd’hui utilisent APFS sur des SSD, où la fragmentation ne compte pas. Pour un volume APFS sur un disque dur à plateaux, macOS propose un interrupteur : diskutil apfs defragment suivi du volume et de status, enable ou disable.

La défragmentation sous Linux

Les systèmes de fichiers Linux sont conçus pour éviter la fragmentation plutôt que pour la réparer : une défragmentation est donc rarement nécessaire.

• ext4 garde les fichiers groupés grâce aux extents (un seul enregistrement pour une longue suite de blocs), à l’allocation différée et en plaçant les données d’un fichier près de ses métadonnées. Pour les cas isolés, il y a e4defrag.
• XFS est fourni avec xfs_fsr, qui réorganise les fichiers les plus fragmentés, par défaut pendant deux heures au maximum par passage.
• Btrfs propose btrfs filesystem defragment et l’option de montage autodefrag, désactivée par défaut. Attention aux instantanés (snapshots) : défragmenter rompt le partage entre un fichier et ses copies dans les instantanés, et l’espace occupé peut augmenter.

Pourquoi on adorait regarder la défragmentation

Quelque part entre le grattement du disque et les carrés qui passaient du clair au foncé, la défragmentation est devenue un spectacle. Un processus lent et ordonné, avec une fin en vue, où chaque étape rend les choses un peu plus nettes : c’est étrangement apaisant.

On en redemande encore. En 2018, TechCrunch a parlé d’une chaîne Twitch qui ne faisait rien d’autre que défragmenter un disque DOS jour et nuit, et des enregistrements de plusieurs heures de Windows 98 en pleine défragmentation, bruits de disque dur compris, sont toujours regardés sur YouTube.

C’est toute l’idée de Defragment : le calme d’un disque qui se range sous tes yeux, sans vrai disque qui en ait besoin. Ton iPhone ou ton iPad affiche un disque imaginaire, défragmenté à l’infini, avec six thèmes dont Classic 98, et l’heure en prime si tu veux.

Questions fréquentes