báo cáo đề tài - tìm hiểu hệ thống tập tin

 File system hay hệ thống tập tin HTTT có chức năng tổ chức và kiểm soát các tập tin và siêu dữ liệu tương ứng, được lưu trên ổ đĩa nhằm cho phép truy cập nhanh chóng và a

BÁO CÁO ĐỀ

TÀI:

FILE SYSTEM

( TÌM HIỂU HỆ THỐNG TẬP TIN)

Nội dung đề tài bao gồm:

 I Tìm hiều về File System (hệ thống file)

 II File system trong windows

 III File system trong linux

 IV Chương trình đọc file trên

windows

 V Tổng Kết

Phần I: Tìm hiểu Hệ

thống file

1 File system ( Hệ thống tập tin ) là gì?

 File system hay hệ thống tập tin (HTTT) có chức

năng tổ chức và kiểm soát các tập tin và siêu dữ liệu tương ứng, được lưu trên ổ đĩa nhằm cho phép truy cập nhanh chóng và an toàn.

 HTTT sắp xếp dữ liệu được lưu trên đĩa cứng của

máy tính, kiểm soát thường xuyên vị trí vật lý

 Cho phép người dùng truy cập nhanh chóng và an

toàn khi cần thiết.

 HTTT làm việc như một hệ chỉ mục số, cho phép máy tính nhanh chóng tìm thấy một tập tin nào đó, bất

chấp kích thước hay cấu hình của ổ đĩa lưu trữ

 Mọi hệ điều hành từ MS-DOS cho đến Windows 95, Windows XP và Linux đều có HTTT riêng Tuy mọi

HTTT đều thực hiện cùng chức năng nhưng chúng

lại khác nhau về thiết kế và mức độ phức tạp.

2 Các loại file System trong Windows và Linux

a File system trong windows

 Các hệ thống file trong windows gồm 2 hệ thống

chính là FAT và NTFS, trong đó NTFS là hệ thống file với nhiều đặc tính hiện đại mà hệ thống FAT không có.

b File system trong Linux.

 Với sự hình thành và phát triển của hệ điều hành

Linux, giờ đây chúng ta có rất nhiều chọn lựa các hệ thống file (file system) cho từng loại ứng dụng Các

hệ thống file tiên tiến được sử dụng trong Linux như Ext3, Reiserfs, XFS, và JFS vì nó có độ tin cậy cao và có khả năng ghi nhớ quá trình thao tác trên dữ liệu (journaling).

Phần 2: File system trong

windows

 Khái niệm về FAT (File

Allocation Table )

 Khái niệm về NTFS (New

Technology File System)

1 Khái niệm về FAT

(File Allocation Table - Bảng phân

1981 đưa ra một cách thức mới về việc tổ chức

và quản lý tập tin trên đĩa cứng, đĩa mềm

Tuy nhiên, khi dung lượng đĩa cứng ngày càng

tăng nhanh, FAT16 đã bộc lộ nhiều hạn chế

Với không gian địa chỉ 16 bit, FAT16 chỉ hỗ trợ

đến 65.536 liên cung (clusters) trên một

partition, gây ra sự lãng phí dung lượng đáng

kể (đến 50% dung lượng đối với những ổ đĩa

cứng trên 2 GB)

FAT16 không hỗ trợ các paritition lớn hơn 2GB

FAT32(File Allocation Table 16 bits ): được giới thiệu trong phiên bản Windows 95 Service

Pack 2 (OSR 2), được xem là phiên bản mở

rộng của FAT16

Do sử dụng không gian địa chỉ 32 bit nên FAT32

hỗ trợ nhiều cluster trên một partition hơn, do vậy không gian đĩa cứng được tận dụng nhiều hơn

Với khả năng hỗ trợ kích thước của phân vùng từ 2GB lên 2TB và chiều dài tối đa của tên tập tin được mở rộng đến 255 ký tự đã làm cho FAT16 nhanh chóng bị lãng quên

Tuy nhiên, nhược điểm của FAT32 là tính bảo

mật và khả năng chịu lỗi (Fault Tolerance)

không cao

Nhược Điểm của FAT32

Nếu đĩa cứng của bạn có kích thước cluster càng nhỏ thì máy càng chậm Điều này đúng với mọi

hệ điều hành, mọi dạng FAT

Lí do là: với kích thước cluster nhỏ, các file sẽ bao gồm nhiều cluster hơn và do đó việc đọc ghi sẽ lâu hơn Chẳng hạn trong hệ thống có kích

thước cluster là 16KB, một file ảnh 320KB sẽ

bao gồm 20 cluster, việc mở file này sẽ phải thực hiện 20 lần thao tác đọc cluster Nhưng nếu kích thước cluster là 2KB thì file đó sẽ bao gồm 160 cluster và việc mở file sẽ phải thực hiện tới 160 lần thao tác đọc cluster Do đó các ứng dụng có nhiều tác vụ đọc ghi đĩa sẽ chậm đi rõ rệt Thế nhưng nếu bạn sử dụng cluster lớn hơn thì slack cũng lại lớn dẫn đến lãng phí đĩa cứng

Bạn không thể thực hiện chức năng nén

đĩa với FAT32 ngay cả bằng một số

chương trình ví dụ như: DriveSpace3 đi kèm với OSR2 và Memphis

Để nhận biết một đĩa cứng đã sử dụng

FAT32 hay chưa bạn nhất nút phải chuột vào biểu tượng một ổ đĩa đó trong My

Computer rồi chọn chọn properties Nếu thấy tham số Type là FAT32 là đúng

2 Khái niệm NTFS

NTFS (New Technology File System-bảng phân hoạch tập tin công nghệ mới ): được giới thiệu cùng với

phiên bản Windows NT đầu tiên , Microsoft đã thay

thế hệ thống file FAT MS-DOS bằng một hệ thống file mới 32-bit nhanh hơn, bảo mật hơn Với không gian địa chỉ 64 bit, khả năng thay đổi kích thước của

cluster độc lập với dung lượng đĩa cứng, NTFS hầu

như đã loại trừ được những hạn chế về số cluster, kích thước tối đa của tập tin trên một phân vùng đĩa cứng NTFS sử dụng bảng quản lý tập tin MFT (Master File

Table) thay cho bảng FAT quen thuộc nhằm tăng

cường khả năng lưu trữ, tính bảo mật cho tập tin và

thư mục, khả năng mã hóa dữ liệu đến từng tập tin

Ngoài ra, NTFS có khả năng chịu lỗi cao, cho phép

người dùng đóng một ứng dụng “chết” (not

responding) mà không làm ảnh hưởng đến những ứng dụng khác Tuy nhiên, NTFS lại không thích hợp với những ổ đĩa có dung lượng thấp (dưới 400 MB) và

không sử dụng được trên đĩa mềm

Hệ thống file NTFS có khả năng hoạt động cao và có chức năng tự sửa chữa Nhờ có

tính năng lưu giữ lại các thông tin xử lý,

NTFS có khả năng phục hồi file cao hơn

trong những trường hợp ổ đĩa có sự cố Nó

hỗ trợ chế độ bảo mật ở mức độ file, nén

và kiểm định Nó cũng hỗ trợ các ổ đĩa lớn

và các giải pháp lưu trữ mạnh mẽ như

RAID

NTFS hiện có các phiên bản: v1.0, v1.1, v1.2

ở các phiên bản Windows NT 3.51 và 4,

v3.0 Riêng Windows XP và Windows

Server 2003 còn hỗ trợ các phiên bản

v4.0, v5.0, v5.1

Chức năng mới quan trọng nhất của NTFS là khả năng mã hóa file và folder để bảo vệ các dữ liệu nhạy cảm của người dùng máy tính.

Đáng tiếc là NTFS và FAT không tương thích nhau Hậu quả là chỉ có các hệ điều hành

Windows NT/2000/ XP mới “nhìn” thấy các ổ đĩa được định dạng với hệ thống file NTFS.

Trong khi đó, tính tương thích giữa các phiên bản NTFS cao hơn Tuy có hệ thống file

NTFS 1.1, Windows NT SP4 trở lên (với

driver NTFS.SYS mới) có thể truy xuất các ổ đĩa NTFS 5.0 (nhưng dĩ nhiên là không khai thác được các chức năng của NTFS 5.0)

Trong Windows 2000 có chức năng tự động chuyển đổi các file NTFS cũ thành NTFS 5.0

Để nhận biết một đĩa cứng đã sử dụng

NTFS hay chưa bạn nhất nút phải chuột vào biểu tượng một ổ đĩa đó trong My

Computer rồi chọn chọn properties Nếu thấy tham số Type là NTFS là đúng

Và để chuyển FAT thành NTFS file system thì có thể làm như sau:

Ở Windows XP, click Start, click Run, gõ cmd

cmd: convert [driveletter]: /FS:NTFS

Hoặc ta có thể dùng 1 số chương trình trong đĩa hiren boot để chuyển từ FAT sang NTFS lưu ý cách này dễ làm mất dữ liệu trong ổ

cứng.

So sánh giữa FAT32 và NTFS

NTFS là hệ thống file tiên tiến hơn rất

nhiều so với FAT32 Nó có đầy đủ các đặc tính của hệ thống file hiện đại và

FAT32 không hề có Bạn nên dùng

NTFS để thay thế cho FAT32 vì các lý

do sau:

FAT32 không hỗ trợ các tính năng bảo mật như phần quyền quản lý, mã hoá như

NTFS Vấn đề này đặc biệt hiệu quả đối với Windows

Với NTFS, bạn có thể không cần sử dụng các tiện ích mã hoá hay đặt mật khẩu giấu thư mục v.v, vì đây là đặc tính đã có sẵn của

NTFS, chỉ cần bạn biết khai thác

FAT32 có khả năng phục hồi và chịu lỗi rất kém so với NTFS

NTFS là hệ thống file có khả năng ghi lại

được các hoạt động mà hệ điều hành đã và đang thao tác trên dữ liệu, nó có khả năng xác định được ngay những file bị sự cố mà không cần phải quét lại toàn bộ hệ thống file, giúp quá trình phục hồi dữ liệu trở

nên tin cậy và nhanh chóng hơn Đây là ưu điểm mà FAT 32 hoàn toàn không có

Khi mà mất điện đột ngột thì Windows 98,

2000, XP… đều phải quét lại đĩa khi khởi

động lại nếu đĩa đó được format bằng chuẩn FAT32 Trong khi đó đĩa cứng bằng NTFS thì lại hoàn toàn không cần quét đĩa lại, bởi vì

hệ thống dùng NTFS có được những thông

tin về tính toàn vẹn dữ liệu.

Với FAT32 thì nó phải rà quét toàn bộ lâu hơn nhiều Một hệ thống Windows 2000, XP sẽ

ổn định hơn nhiều nếu cài trên phân vùng

được format bằng NTFS

Ngoài ra NTFS còn được trang bị công cụ

kiểm tra và sửa đĩa rất tốt của Microsoft

NTFS có khả năng truy cập và xử lý file nén

ngon lành hệt như truy cập vào các file chưa

nén, điều này không chỉ tiết kiệm được đĩa

cứng mà còn gia tăng được tuổi thọ của đĩa

cứng

Nhiều người phàn nàn rằng không thể truy cập vào các đĩa cứng được format bằng NTFS khi đang ở DOS

NTFS đặt được quota sử dụng cho người dùng,

vô cùng tiện dụng cho các hệ thống máy ở

công ty Đặc biệt tiện dụng khi “âm thầm” cấm được con cái sao chép những phim ảnh độc hại vào các thư mục “bí mật” của chúng trong đĩa cứng.

FAT32 vẫn còn tỏ ra hữu dụng trên các máy tính cấu hình quá yếu ớt, chỉ có thể chạy

được Windows 98 FAT16 và FAT32 vẫn

được dùng để định dạng cho các loại thẻ

nhớ, vì các thiết bị chấp nhận thẻ nhớ như máy ảnh số, máy nghe nhạc vẫn chưa thấy loại nào tương thích với NTFS cả

FAT16 luôn là lựa chọn hàng đầu khi bạn

muốn copy dữ liệu của mình từ một máy

tính chạy Windows sang máy chạy hệ điều hành khác như Mac chẳng hạn Hầu hết

các máy Mac hiện nay đều không thể nhận dạng các thẻ nhớ USB được định dạng

bằng FAT 32

Bảng so sánh giữa FAT và NTFS

PHẦN III: File system trong

linux

I Các hệ thống file sử dụng trong linux

 Thế nào là journaling file system? (Hệ

 Hệ thống file JFS (Journaled File System)

II Các hệ thông tập tin thư mục trong linux

I Các hệ thống file sử dụng trong linux

 Với sự hình thành và phát triển của hệ điều hành Linux, giờ đây chúng ta có rất nhiều chọn lựa các hệ thống file (file system) cho từng loại ứng dụng Các hệ thống file tiên tiến được sử dụng trong Linux như Ext3,

Reiserfs, XFS, và JFS có độ tin cậy cao và có khả năng ghi nhớ quá trình thao tác trên dữ liệu (journaling)

1 Thế nào là journaling file

system?

 Khi khởi động, hệ điều hành luôn luôn

dùng một chương trình để kiểm tra tính

toàn vẹn của hệ thống file, đó là trình fsck Nếu nó phát hiện hệ thống file có dấu hiệu bất thường hoặc chưa được unmount do

các nguyên nhân như mất điện hoặc hệ

thống bị đứng đột ngột trong khi đang

chạy, lúc đó fsck sẽ quét lại toàn bộ hệ

thống file để cố gắng khôi phục lại dữ liệu

 Cách làm này được áp dụng trên các hệ

thống file Unix chuẩn ufs (Sun & HP) hoặc ext2 mà Linux đang sử dụng

 Nếu hệ thống file có khả năng ghi

lại (log) được các hoạt động mà hệ điều hành đã và đang thao tác trên dữ liệu thì hệ thống xác định được

ngay những file bị sự cố mà không cần phải quét lại toàn bộ hệ thống file, giúp quá trình phục hồi dữ liệu trở nên tin cậy và nhanh chóng hơn

Hệ thống file như vậy được gọi là

journaling file system (Hệ thống

nhật ký tập tin)

2 Hệ thống file Ext3

 Được xây dựng dựa trên cơ sở của hệ

thống file chuẩn ext2 mà Linux đang sử dụng, ext3 đưa vào thêm chức năng mới

vô cùng quan trọng, journaling file

system, giúp thao tác dữ liệu an toàn

hơn Ext3 còn sử dụng cơ chế JBD

(Journaling Block Device) để bảo vệ

thông tin thao tác trên dữ liệu và được đánh giá là tin cậy hơn so với các hệ

thống chỉ thực hiện journaling trên chỉ mục dữ liệu (journaling of meta-data

only) như Reiserfs, XFS hay JFS

 Với mode data=writeback, quá trình khởi động nhanh, dữ liệu được ghi

vào đĩa ngay sau khi đã ghi xong

thông tin trong journal log (write

back), với mode này đôi khi cũng

xảy ra tình trạng dữ liệu bị hư nếu

sự cố xảy ra ngay sau khi ghi journal log mà chưa kịp ghi vào đĩa, nhưng bù lại tốc độ thao tác file nhanh hơn trong một vài trường hợp.

 Với chế độ data=ordered, dữ liệu được ghi lên đĩa trước rồi mới đến journal

log, cho phép luôn luôn bảo đảm tính

toàn vẹn của dữ liệu trong mọi tình

huống và đây cũng chính là chế độ mặc định của ext3

 bản chất cấu trúc của ext3 được xây

dựng hoàn toàn dựa trên cơ sở của ext2 nên ta có thể chuyển đổi dễ dàng các

dữ liệu đang tồn tại trên các hệ thống ext2 sang ext3 mà dữ liệu không hề bị ảnh hưởng và thực hiện tương đối dễ

dàng, đơn giản

3 Hệ thống file Reiserfs

xuất phát từ yêu cầu tối ưu việc lưu trữ các file nhỏ và tăng tốc độ truy cập

đến các file này

phát cố định dung lượng theo các khối 1KB hoặc 4KB như các hệ thống file

khác thường làm mà sẽ cấp chính xác kích thước khối lưu trữ cần thiết; nhờ vậy tối ưu được dung lượng khi lưu trữ các file có kích thước nhỏ

 Chọn Reiserfs để lưu trữ và truy cập các file nhỏ là tối ưu, với tốc độ truy cập file tăng từ 8-15 lần và dung

lượng tiết kiệm được khoảng trên 5%

so với hệ thống ext2 với các loại file có kích thước dưới 1 KB.  Reiserfs hỗ trợ thực hiện journaling trên chỉ mục dữ liệu (journaling of meta-data only) Muốn sử dụng Reiserfs trên Linux ta phải đưa các module này vào kernel

và dùng các công cụ Reiserfs để định dạng partition

4 Hệ thống file XFS

 Được phát triển bởi công ty Silicon

Graphic từ năm 1990 để khắc phục

hạn chế của các hệ thống file hiện

hành về kích thước và số lượng

partition, directory và file Ngày nay

XFS đã sẵn sàng để sử dụng trong

Linux với các tính năng vô cùng mạnh

mẽ và ứng dụng trong các hệ thống có tính chuyên nghiệp cao

 XFS là hệ thống file 64 bit, nó có thể quản lý được file có kích thước là

264-1 byte = 9 Exabyte  (do sử dụng

số nguyên có dấu nên 1 bit dùng để biểu thị dấu), có kèm theo công cụ  Volume Manager cho phép quản lý lên tới 128 Volume, mỗi Volume có thể được ghép lên tới 100 partition đĩa cứng vật lý, hỗ trợ chức năng

journaling đối với dữ liệu

 Một đặc tính quan trọng của XFS đó là khả năng bảo đảm tốc độ

truy cập dữ liệu cho các ứng dụng (Guaranteed Rate I/O),  cho phép các ứng dụng duy trì được tốc độ truy xuất dữ liệu trên đĩa, rất

quan trọng đối với các hệ thống

phân phối dịch vụ video có độ

phân giải cao hoặc các ứng dụng xử lý thông tin vệ tinh đòi hỏi duy trì ổn định tốc độ thao tác dữ liệu

5 Hệ thống file JFS

là hệ thống file 64 bit, xây

dựng cho các internet file

server với đặc điểm thời gian khởi động máy nhanh, dung lượng chứa dữ liệu cao

 JFS hỗ trợ journaling cho dữ liệu, dựa

trên phương pháp thường được sử dụng trong hệ cơ sở dữ liệu: ghi lại quá trình thao tác thay đổi file (transaction)

Trong trường hợp có sự cố xảy ra thì hệ thống chỉ cần cho khôi phục lại

transaction trước đó mà không cần phải đọc lại hết journal log, giúp cho quá

trình phục hồi được nhanh hơn