Como não parece haver nenhuma ferramenta de desfragmentação online para índices de diretório e até mesmo os desfragmentadores offline não parecem ajudar, tive que recorrer à reconstrução da árvore de diretórios recursivamente.
Eu escrevi uma pequena ferramenta ( defrag-dirs ) para essa finalidade. Infelizmente, essa abordagem exige que o aplicativo usando a árvore de diretórios seja removido durante a desfragmentação, o que pode levar um tempo considerável ao lidar com milhões de arquivos.