Bài tập lớn môn học nguyên lý hệ điều hành đề tài nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống tệp tin trong hệ điều hành windows

Trên phương diện người sử dụng, dữ liệu trong file được tổ chức thành các bản ghilogic mà mỗi bản ghi logic có thể là một byte hoặc một cấu trúc dữ liệu nào đó.. Bảnghi logic chính là đơ

lOMoARcPSD|39269578 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -🙞🙜🕮🙞🙜 - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TỆP TIN TRONG HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS Gi愃Āo viên hướng d̀n: TS Nguyễn Bá Nghiễn Lớp: 20231IT6067003 Nh漃Ām: 9 Sinh viên thực hiện: 1 Nguyễn Hoàn Hảo - 2021602430 2 Đinh Bảo Thành - 2022601124 3 Nguyễn Minh Hoàng - 2021604180 Hà Nội, 2023 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 3 LỜI NÓI ĐẦU 4 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỆP TIN .5 1.1 Khái niệm tệp tin (File) 5 1.1.1 Phân loại tệp tin 6 1.1.2 Phân cấp: Ổ đĩa – phân vùng – thư mục – file 6 1.1.3 Đặc điểm 7 1.2 Hệ thống tệp tin (File System) .7 1.2.1 Khái niệm hệ thống tệp tin 7 1.2.2 Phân loại hệ thống tệp tin .8 Chương 2: CÁC THAO TÁC CỦA HỆ THỐNG TỆP TIN 9 2.1 Các thao tác của hệ file 9 2.1.1 Tạo file 9 2.1.2 Đọc file 9 2.1.3 Xóa file .10 2.1.4 Bổ sung, cập nhật dữ liệu vào file 11 2.1.5 Thay đổi thuộc tính file 11 2.1.6 Hai phương pháp truy nhập tới các file 11 2.2 Một số phương pháp cơ bản để làm việc với tệp tin và thư mục trong Windows 12 2.2.1 Sử dụng giao diện đồ họa 12 2.2.2 Sử dụng lệnh dòng lệnh 12 2.2.3 Sử dụng thư viện tệp tin và thư mục 13 Chương 3: QUẢN LÝ FILE 14 3.1 Khái niệm quản lý file 14 3.2 Một số kiểu tổ chức thư mục .14 3.2.1 Thư mục một mức (Single Level Directory) .14 3.2.2 Thư mục hai mức (Two Level Directory) 14 1 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 3.2.3 Cấu trúc cây (Tree Directory) .15 3.2.4 Tổ chức theo đồ thị không có chu trình (Acyclic Graph Directed) .16 Chương 4: HỆ THỐNG TỆP TIN TRONG HDH WINDOWS 17 4.1 Hệ thống tệp tin FAT (File Allocation Table) 17 4.1.1 Giới thiệu FAT 17 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của FAT 18 4.1.3 Các phiên bản FAT .19 4.2 Hệ Thống Tệp Tin NTFS (New Technology File System) .20 4.2.1 Tổng quan 20 4.2.2 Cấu trúc hệ thống tệp NTFS – Cách NTFS lưu trữ dữ liệu 21 4.2.3 Quản lý khối nhớ 21 4.2.4 Bảng tệp chính (MFT) 21 4.2.5 Cơ chế hoạt động 22 4.2.6 Thuộc tính tệp tin MFT 24 4.2.7 Xóa tệp tin NTFS .24 4.3 Ưu điểm và hạn chế của NTFS 24 4.3.1 Ưu điểm và lợi ích của NTFS .24 4.3.2 Hạn chế của NTFS .25 4.3.3 So sánh hệ thống tệp FAT và NTFS 26 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 2 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Minh họa thuộc tính của file Hình 1.2: Phân vùng ổ đĩa Hình 2.1: Các thao tác làm việc với tệp tin Hình 2.2: Giao diện dòng lệnh Hình 2.3: Thao tác làm việc với tệp tin bằng ngôn ngữ C++ Hình 3.1: Thư mục một cấp Hình 3.2: Thư mục hai mức Hình 3.3: Cấu trúc cây Hình 3.4: Cấu trúc thư mục đồ thị không chu trình Hình 4.1: Phân bố các vùng trong hệ thống FAT 16,32 Hình 4.2: Bảng tham số của FAT Hình 4.3: Mô Tả cách liên kết các cluster Hình 4.4: Minh họa đọc một sector của FAT32 Hình 4.5: So sánh giữa FAT 12, FAT16 và FAT32 Hình 4.6: NTFS có nhiều cải tiến hơn so với FAT Hình 4.7: Sơ đồ mô tả Bảng tệp chính (MFT) Hình 4.8: Bảng tham số của MFT Hình 4.9: Bản ghi MFT cho một tệp hoặc thư mục 3 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống tệp tin là khái niệm được dùng để chỉ các phương pháp và cấu trúc dữ liệu mà một hệ điều hành sử dụng để theo dõi các file trên ổ đĩa hoặc các phân vùng Nó là một phần không thể thiếu với bất cứ hệ điều hành nào Việc nắm bắt được vững nguyên lí của việc quản lý hệ thống tệp tin giúp chúng ta hiểu hơn về cách hệ điều hành tổ chức quản lý và lưu trữ thông tin Các vấn đề cụ thể trình bày trong bài tập lớn được chia thành 4 chương: Chương 1 Tổng quan về hệ thống tệp tin: Cung cấp kiến thức về tệp tin và hệ thống tệp tin Chương 2 Các thao tác của hệ thống tệp tin: Chương 2 nêu ra các thao tác với hệ file Chương 3 Quản lý file: Quản lý file là tổ chức thư mục thiết bị sao cho việc thao tác với các file là tối ưu nhất Chương 3 nêu ra một số kiểu tổ chức thư mục trong máy tính Chương 4 Hệ thống tệp tin trong hệ điều hành Windows: Mục tiêu của chương là nghiên cứu cách áp dụng các phương pháp làm việc của hệ điều hành với các hệ thống tệp tin trong hệ điều hành Windows Mặc dù đã cố gắng trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu nhưng bài tập lớn cũng không thể tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được những lời nhận xét và ý kiến đóng góp của thầy để bài tập lớn ngày càng hoàn thiện hơn NHÓM 9 4 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỆP TIN 1.1 Khái niệm tệp tin (File) Dữ liệu máy tính được lưu trữ trên các thiết bị nhớ ngoài như: băng từ, đĩa từ, đĩa quang và được tập hợp một cách có tổ chức theo đơn vị lưu trữ gọi là file Như vậy, file là đơn vị logic để hệ điều hành quản lý thông tin trên đĩa File có thể là một chương trình của người sử dụng, một chương trình của hệ thống hoặc một tập hợp dữ liệu của người sử dụng Trên phương diện người sử dụng, dữ liệu trong file được tổ chức thành các bản ghi logic mà mỗi bản ghi logic có thể là một byte hoặc một cấu trúc dữ liệu nào đó Bản ghi logic chính là đơn vị dữ liệu mà các chương trình cần xử lý trong quá trình hoạt động của mình Một tệp tin (file) có một số thuộc tính mà chúng khác nhau những điển hình chúng gồm: - Tên (name): Là thông tin được lưu ở dạng mà người dùng có thể đọc được Có thể phân biệt chữ hoa/chữ thường Đảm bảo tính độc lập của file với tiến trình - Định danh: Là thẻ duy nhất, thường là số, xác định tệp tin trong hệ thống - Kiểu (type): Thông tin này yêu cầu cho hệ thống hỗ trợ các kiểu khác nhau - Vị trí (location): Là một con trỏ chỉ tới một thiết bị và tới vị trí tệp tin - Kích thước (size): kích thước thực hành của tệp tin (tính bằng byte, word tính bằng khối) và cho phép tối đa chứa trong thuộc tính này - Bảo vệ (protection): Điều khiển truy nhập: ai có thể đọc/ghi, có thể xóa không, - Thời gian (time): Thời điểm tạo, sửa đổi, sử dụng cuối, 5 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.1: Minh họa thuộc tính của file Ví dụ: - Tên file: putty.exe - Định danh: được xác định bởi tên file và vị trí - Kiểu file: Application (.exe) – file chương trình thực thi phần mềm Putty - Vị trí: C:\Users\thanh\Downloads - Kích thước: 1,57 MB (1,654,048 bytes) 1.1.1 Phân loại tệp tin - Tệp tin thường: là tệp tin text hay tệp tin nhị phân chứa thông tin của người sử dụng + Tệp tin text chứa các dòng văn bản cuối dòng có ký hiệu enter Mỗi dòng có độ dài có thể khác nhau Ưu điểm của kiểu tệp tin này là nó có thể hiển thị, in hay soạn thảo với một editor thông thường + Tệp tin nhị phân: có cấu trúc khác tệp tin văn bản Mặc dù về mặt kỹ thuật, tệp tin nhị phân gồm dãy các byte, nhưng hệ điều hành chỉ thực thi tệp tin đó nếu nó có cấu trúc đúng - Thư mục: là những tệp tin hệ thống dùng để lưu giữ cấu trúc của hệ thống tệp tin - Tệp tin có ký tự đặc biệt: liên quan đến nhập xuất thông qua các thiết bị nhập xuất tuần tự như màn hình, máy in, mạng - Tệp tin khối: dùng để truy xuất trên thiết bị đĩa 1.1.2 Phân cấp: Ổ đĩa – phân vùng – thư mục – file Thư mục: Mỗi máy tính ngay cả khi bạn chưa làm gì đã có sẵn trên 50000 file Vì vậy để quản lý người ta gom một số file thành những nhóm nhỏ gọi là Folder (thư 6 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 mục) Thư mục có thể chứa thư mục con hoặc chứa file hoặc không chứa gì (Thư mục rỗng) Ổ đĩa và phân vùng: Trước khi file và thư mục được lưu vào ổ đĩa cứng, thanh nhớ USB hay đĩa CD/DVD, các thiết bị này cần được chia thành các phân vùng (partition) Ví dụ: Hình 1.2: Phân vùng ổ đĩa 1.1.3 Đặc điểm Một tệp tin luôn luôn kết thúc bằng 1 ký tự đặc biệt (hay dấu kết thúc) có mã ASCII là 255 ở hệ thập phân Ký tự này thường đc ký hiệu là EOF (End Of File) Một tệp tin có thể không chứa một thông tin nào ngoại trừ tên và dấu kết thúc Tuy nhiên, điều này không hề mâu thuẫn với định nghĩa vì bản thân tên của tệp tin cũng đã chứa thông tin Những tệp tin này gọi là tệp tin rỗng hay tệp tin trống Độ dài (kích thước) của tệp tin có thể chỉ phụ thuộc vào khả năng của máy tính, khả năng của hệ điều hành cũng như vào phần mềm ứng dụng dùng nó Đơn vị nhỏ nhất dùng để đo độ dài của tệp tin là byte Độ dài của tệp tin không bao gồm độ dài của tên tệp tin và dấu kết thúc 7 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 1.2 Hệ thống tệp tin (File System) 1.2.1 Khái niệm hệ thống tệp tin Hệ file là nguyên tắc mà hệ điều hành tổ chức và quản lý các file trên các phương tiện lưu trữ Mặc dù các hệ file có thể được tổ chức theo các nguyên tắc khác nhau nhưng cần phải đảm bảo các yêu cầu chung như: - Hệ file phải được tổ chức sao cho dễ tìm kiếm, dễ lưu trữ, cập nhật, tiết kiệm không gian nhớ - Phải đảm bảo tính độc lập của hệ file với hệ thống và các thiết bị ngoại vi - Hệ file phải đảm bảo tính an toàn dữ liệu khi có sự cố chương trình hoặc kỹ thuật - Hệ file phải đảm bảo tính an toàn trong vấn đề truy nhập thông tin của người sử dụng Một số hệ thống tệp tin cung cấp cơ chế để kiểm soát truy cập vào các dữ liệu và siêu dữ liệu Đảm bảo độ tin cậy là một trách nhiệm quan trọng của một hệ thống tệp tin Hệ thống tệp tin được sử dụng trên các thiết bị lưu trữ dữ liệu, chẳng hạn như ổ đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa quang, hoặc các thiết bị lưu trữ bộ nhớ flash, để duy trì vị trí vật lý của các tệp tin máy tính 1.2.2 Phân loại hệ thống tệp tin FAT (FAT12, FAT16, FAT32), exFAT, NTFS, HFS vHFS+, HPFS, UFS, ext2, ext3, ext4, btrfs, ISO 9660, tệp tin-11, hệ thống tệp tin Veritas, VMFS, ZFS, ReiserFS và UDF NTFS là hệ thống tệp tin tiêu chuẩn của Windows NT, bao gồm cả các phiên bản sau này của Windows như Windows XP, Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Vista, và Windows 7, Windows 8, Windows 8.1 và Windown 10 Một số hệ thống tệp tin đĩa được ghi nhật ký hệ thống tệp tin hoặc phiên bản hệ thống tệp tin 8 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 9 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Chương 3: QUẢN LÝ FILE 3.1 Khái niệm quản lý file Thông tin (các đặc trưng) về file được ghi trong thư mục thiết bị của ổ đĩa như: tên, kiểu, vị trí, kích thước, thời gian cập nhật, số lần sử dụng, thuộc tính… Thư mục là bảng chuyển cho phép ánh xạ một tên (file) thành một phần tử trong thư mục Bởi với đầu vào là tên file, thì đầu ra sẽ là bản ghi file chứa các thông tin liên quan đến file đó Do đó, quản lý file nghĩa là tổ chức thư mục thiết bị sao cho việc thao tác với các file là tối ưu nhất 3.2 Một số kiểu tổ chức thư mục 3.2.1 Thư mục một mức (Single Level Directory) Hệ điều hành thiết lập một thư mục dùng chung cho tất cả các file Kiểu tổ chức này dễ cài đặt nhưng không thuận tiện cho người sử dụng Một thiết bị lưu trữ được chia thành hai phần Một phần là thư mục file, một phần là bản thân các file – phần dữ liệu Phần thư mục file bao gồm tất cả các bản ghi file Mỗi bản ghi file ứng với một file trong phần dữ liệu Hình 3.1: Thư mục một cấp Ưu điểm: cấu trúc đơn giản nhất, các file nằm trong cùng một thư mục Nhược điểm: Khi số người dùng và số file lớn, khả năng trùng tên file cao Trong thực tế, hệ điều hành MS-DOS đã sử dụng kiểu tổ chức thư mục một mức này 15 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 3.2.2 Thư mục hai mức (Two Level Directory) Hệ thống tổ chức hai mức thư mục, một mức cho hệ thống, một mức cho người sử dụng Hình 3.2: Thư mục hai mức Phần Master File Directory gồm nhiều các bản ghi file Nhưng mỗi bản ghi file này không chứa thông tin liên quan đến một file mà chứa thông tin liên quan đến một người dùng (tên, username, password…) Do đó, mỗi người sử dụng có một thư mục riêng, khi làm việc với file chỉ duyệt thư mục riêng Khi login, hệ thống sẽ kiểm tra và cho phép người sử dụng làm việc với thư mục riêng Khi thêm một người dùng, hệ thống tạo phần tử mới trong Master File Directory, sau đó sẽ tạo ra User File Directory tương ứng Ưu điểm: giải quyết được vấn đề trùng tên Hiệu quả khi người dùng độc lập Nhược điểm: trong tình huống sử dụng chung sẽ gặp một số vấn đề như gây lãng phí bộ nhớ, quyền truy cập… 3.2.3 Cấu trúc cây (Tree Directory) 16 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 3.3: Cấu trúc cây Trên mỗi ổ đĩa có một thư mục gốc (root directory), trong thư mục gốc có các thư mục con cấp một, trong thư mục con cấp một tồn tại các thư mục con cấp hai… Tập hợp các thư mục trên đĩa tạo thành một cấu trúc cây thư mục Đặc điểm của thư mục cấu trúc cây: - Tồn tại một đường dẫn (tương đối/ tuyệt đối) đến một file - Thư mục con là file được xử lý đặc biệt (bit đánh dấu) - Khi xóa thư mục con thì cũng xóa hết cây con của nó 3.2.4 Tổ chức theo đồ thị không có chu trình (Acyclic Graph Directed) Kiểu tổ chức này gần giống như tổ chức cây nhưng một thư mục con hoặc file có thể thuộc hai thư mục mẹ khác nhau Hình 3.4: Cấu trúc thư mục đồ thị không chu trình Đặc điểm của phương pháp này: - Người dùng có thể link đến một file của người dùng khác - Khi duyệt thư mục (backup) file có thể duyệt nhiều lần - Xóa file: liên kết/nội dung (người tạo file/liên kết cuối cùng) 17 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Chương 4: HỆ THỐNG TỆP TIN TRONG HDH WINDOWS 4.1 Hệ thống tệp tin FAT (File Allocation Table) 4.1.1 Giới thiệu FAT FAT là viết tắt của File Allocation Table – bảng phân bổ tệp, FAT là một phương pháp theo dõi nội dung của ổ cứng được sử dụng bởi các hệ điều hành ban đầu của Microsoft, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1977 Bảng FAT là một biểu đồ của các số tương ứng với các địa chỉ cụm (cluster) trên ổ cứng Gồm 4 khu vực: Các khu vực dành riêng: Khu vực dành riêng đầu tiên (sector logic 0) là Khu vực Khởi động Nó bao gồm một khu vực được gọi là Khối tham số BIOS (BPB) chứa một số thông tin hệ thống tệp cơ bản, đặc biệt là loại của nó và con trỏ đến vị trí của các phần khác và thường chứa mã bộ tải khởi động của hệ điều hành Vùng FAT: Bảng phân bổ tệp (FAT) FAT được cấp phát tĩnh tại thời điểm định dạng Bảng là một danh sách liên kết các mục nhập cho mỗi cụm, một khu vực lưu trữ đĩa liền kề Mỗi mục nhập chứa số của cụm tiếp theo trong tệp hoặc nếu không thì một điểm đánh dấu cho biết phần cuối của tệp, dung lượng đĩa chưa sử dụng hoặc các vùng dành riêng đặc biệt của đĩa Thư mục gốc của đĩa chứa số cụm đầu tiên của mỗi tệp trong thư mục đó Sau đó, hệ điều hành có thể duyệt qua FAT, tìm kiếm số cụm của từng phần kế tiếp của tệp đĩa dưới dạng chuỗi cụm cho đến khi đạt đến cuối tệp Các thư mục con được triển khai dưới dạng các tệp đặc biệt chứa các mục nhập thư mục của các tệp tương ứng của chúng Vùng thư mục gốc: Đây là một Bảng thư mục lưu trữ thông tin về các tệp và thư mục nằm trong thư mục gốc Nó chỉ được sử dụng với FAT12 và FAT16, và áp đặt cho thư mục gốc một kích thước tối đa cố định được cấp phát trước khi tạo tệp này FAT32 lưu trữ thư mục gốc trong Vùng dữ liệu, cùng với các tệp và các thư mục khác, cho phép nó phát triển mà không bị ràng buộc như vậy Vì vậy, đối với FAT32, Vùng dữ liệu bắt đầu ở đây Vùng này chứa cụm đầu tiên của tệp hoặc thư mục 18 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Vùng dữ liệu: Đây là nơi lưu trữ dữ liệu thư mục và tệp thực tế và chiếm phần lớn phân vùng Kích thước của tệp và thư mục con có thể được tăng tùy ý (miễn là có các cụm trống) bằng cách chỉ cần thêm nhiều liên kết vào chuỗi của tệp trong FAT Tệp FAT32 thường bắt đầu Bảng thư mục gốc trong cụm số 2: cụm đầu tiên của Vùng dữ liệu Hình 4.1: Phân bố các vùng trong hệ thống FAT 16,32 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của FAT Cài đặt bảng FAT: Mỗi phần tử của bảng Fat mang 1 giá trị đặc trưng cho tính chất của cluster tương ứng Hình 4.2: Bảng tham số của FAT − Phương pháp quản lý và cấp phát không gian nhớ ● Khi cần tìm ô nhớ trống để cấp phát cho tệp nó sẽ sử dụng phương pháp free list, tức là nó phải duyệt tới toàn bộ đĩa để tìm ra đủ số ô nhớ để cấp phát cho file ● Sử dụng phương pháp cấp phát liên kết để truy cập các phần tử của file 19 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com)