Bài tập lớn Nguyên lý hệ điều hành: Hệ Thống tệp tin trong hệ điều hành Windows

Mục Lục Chương 1: Tổng quan về hệ điều hành 4 1.1. Giới thiệu chung 4 1.2. Hệ điều hành Windows 4 1.3. Các loại hệ thống tập tin 5 Chương 2: Hệ thống tệp tin trong hệ điều hành Windows 6 2.1. Khái niệm tệp tin 6 2.2. Đặc điểm 7 2.3. Phân loại hệ thống tệp tin 8 2.4. Không gian quản lý 8 2.5. Folder (máy tính) 9 Chương 3: Các loại hệ thống tệp tin 12 3.1. Hệ thống tệp tin FAT 112 a.Giới thiệu FAT 142 b.Hệ thống tệp tin FAT 144 3.2. Hệ thống tệp tin NTFS 16 3.3. Truy xuất tệp tin 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Bài tập lớn Nguyên lý hệ điều hành

Đề tài

Hệ Thống tệp tin trong hệ điều hành Windows

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Thanh Hải

Nhóm thực hiện: Nhóm 14

Nguyễn Thị Vân Anh

Lê Thị Hằng Trịnh Thị Nga Kiều Thị Quế Sừn Thị Thơm Lớp: KHMT2-K9

Lời nói đầu

Đối với hầu hết người dùng, hệ thống tập tin là diện mạo dễ nhìn thấy nhất của hệ điều hành Nó cung cấp cơ chế cho việc lưu trữ trực tuyến và truy xuất dữ liệu, chương trình của hệ điều hành và tất cả người dùng của hệ thống máy tính Hệ thống tập tin chứa hai phần riêng biệt: tập hợp các tập tin (files), mỗi tập tin lưu trữ dữ liệu có liên quan và cấu trúc thư mục (directory structure) mà nó tổ chức và cung cấp thông tin về tất cả tập tin trong hệ thống

Trong bài tập lớn này chúng ta xét các khía cạnh khác nhau của tập tin và cấu trúc thư mục, nguyên lý của việc quản lý Hệ thống tệp tin (các phương pháp làm việc với File, thư mục, các kỹ thuật cơ bản …) từ đó gắn với HĐH Windows(FAT, NTFS)

Trong quá trình chuẩn bị và hoàn thành bài tập lớn không tránh khỏi những thiếu sót,mong Thầy góp ý nhiều hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn !

NHÓM 14

2.3 Phân loại hệ thống tệp tin 8

2.4 Không gian quản lý 8

Là chương trình hệ thống, điều khiển và hợp tác việc sử dụng phần cứng giữa nhữngchương trình ứng dụng khác nhau cho nhưng người dùng khác nhau Hệ điều hành cóthể được khám phá từ hai phía: người dùng và hệ thống.

Quá trình phát triển của hệ điều hành

Các hệ điều hành phát triển song song với sự phát triển của máy tính điện tử Banđầu

Các hệ điều hành làm việc theo phương pháp trọn gói, sau đó được bổ sung thêm các tínhnăng để có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của người sử dụng và sự phát triển của các

hệ thống máy tính Điển hình là các giai đoạn sau:

Interrup and trap vectorsDevice driversJob sequencingControl card interpreterUser program area

Sơ đồ: Cấu trúc monitor đơn giản

1.2 Hệ điều hành Windows

Một hệ điều hành đa nhiệm (multi tasking) có thể xử lý nhiều chương trình cùngmột lúc

Gồm các biểu tượng (icon) Mỗi biểu tượng đại diện cho một đối tượng (object) nhưthư mục hồ sơ, thư mục, nghe nhạc

Một trình tổng hợp của những trình ứng dụng; như trình thảo văn bản, trình đồ họa

và các ứng dụng hữu ích như lịch, đồng hồ, máy tính, bản tính, phần mềm lướt mạng, soạnthảo văn bản, trò chơi

Từ khi mới được tung ra thị trường, Windows đã được nhiều người dùng đón nhận,tạo ra một sự thành công lớn cho Microsoft Lý do chính mà Windows được nhiều ngườilựa chọn là có giao diện dễ sử dụng, bắt mắt với độ đồ họa cao Vì được đông đảo người

sử dụng nên các công ty phần cứng cũng như các công ty phần mềm đã cho ra đời rấtnhiều sản phẩm tương thích với Windows như bàn phím, con chuột, USB, các chươngtrình lập trình, ứng dụng như phần mềm tăng tốc tải Internet Download Manager,Nero v.v Chính điều này đã làm cho Windows càng trở nên phổ biến hơn

| Control Panel Control Panel

|-My Documents My Documents

sau đây mà ban đầu yêu cầu và mong đợi rằng các dữ liệu sau đây cũng có thể được yêu cầu Điều này cho phép nhiều người dùng hoặc các quá trình truy cập vào dữ liệu khác nhau trên đĩa mà không quan tâm đến vị trí của dữ liệu tuần tự Các ví dụ bao gồm FAT ( FAT12 , FAT16 , FAT32 ), exFAT , NTFS , HFS vàHFS

+ , HPFS , UFS , ext2 , ext3 , ext4 , btrfs , ISO 9660 , tập tin-11 , hệ thống tập tin Veritas , VMFS , ZFS , ReiserFS và UDF Một số hệ thống tập tin đĩa được ghi nhật ký hệ thống tập tin hoặc phiên bản hệ thống tập tin

Đĩa quang, flash hệ thống tập tin, tape hệ thống tập tin, tape định dạng, cơ sở

dữ liệu hệ thống tập tin, hệ thống tập tin giao dịch, Network hệ thống tập tin

Hệ thống tập tin của hệ điều hành Windows -DOS và Windows 95/98/NT/2000/XP cho phép sử dụng FAT-16 hay FAT-32

NT/2000/XP sử dụng NTFS (NT File System)

Chương 2:

Hệ Thống Tệp Tin Trong Hệ Điều Hành Windows

2.1.Khái niệm tệp tin

Dữ liệu máy tính được lưu trữ trên các thiết bị nhớ ngoài như: băng từ, đĩa từ, đĩaquang 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 trìnhcủa người sử dụng, một chương trình của hệ thống hoặc một tập hợp dữ liệu của người sửdụng

Để quản lý dữ liệu trên các phương tiện lưu trữ ngoài một cách có hiệu quả, hệ điềuhành cần phải tổ chức các file theo một nguyên tắc nhất định Như vậy, hệ file là nguyêntắc mà hệ điều hành tỏ chức và quản lý các file trên các phương tiện lưu trữ

Một tệp tin có một số thuộc tính mà chúng rất khác nhau ở hệ điều hành, nhưng điểnhình chúng gồm:

- Tên (name): Là thông tin được lưu ở

- Kích thước (size): Kích thước hiện

hành của tệp tin (tính bằng byte, word tính bằng khối) và kích thước cho phép tối

đa chứa trong thuộc tính này

- Giờ (time), ngày (date) và định danh người dùng (user indetification): Dữ liệunày có ích lợi cho việc bảo vệ, bảo mật và kiểm soát việc dùng

2.2.Đặc điểm

Một tập 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 được ký hiệu là EOF (từ chữ End OfFile)

Một tập tin có thể không chứa một thông tin nào ngoại trừ tên và dấu kết thúc Tuynhiên, điều này không hề mâu thuẫn với định nghĩa vì bản thân tên của tập tin cũng đãchứa thông tin Những tập tin này gọi là tập tin rỗng hay tập tin trống

Độ dài (kích thước) của tập tin có thể chỉ phụ thuộc vào khả năng của máy tính, khảnăng của hệ điều hành cũng như vào phần mềm ứng dụng dùng nó Đơn vị nhỏ nhất dùng

để đo độ dài của tập tin là byte Độ dài của tập tin không bao gồm độ dài của tên tập tin vàdấu kết thúc

a.Hệ Thống Tệp Tin

Một hệ thống tệp tin (hoặc hệ thống tập tin): là một phương tiện để tổ chức các dữliệu dự kiến sẽ được giữ lại sau khi một chương trình chấm dứt bằng cách cung cấp cácthủ tục để lưu trữ, truy xuất và cập nhật dữ liệu cũng như quản lý không gian có sẵn trênthiết bị có chứa nó

Một hệ thống tập tin tổ chức dữ liệu một cách hiệu quả và được điều chỉnh với đặcđiểm cụ thể của thiết bị Một khớp nối chặt chẽ thường tồn tại giữa các hệ điều hành và hệthống tập tin

Một số hệ thống tập 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 tậptin Một số hệ thống tập tin cho phép nhiều chương trình để cập nhật các tập tin cùng mộtlúc cùng một thời gian gần

Hệ thống tập tin được sử dụng trên các thiết bị lưu trữ dữ liệu, chẳng hạn như ổ đĩacứng , đĩa mềm , đĩa quang , hoặc các thiết bị lưu trữ bộ nhớ flash , để duy trì vị trí vật lýcủa các tập tin máy tính

2.3.Phân loại hệ thống tập tin

 FAT ( FAT12 , FAT16 , FAT32 ), exFAT , NTFS , HFS vHFS

+ , HPFS , UFS , ext2 , ext3 , ext4 , btrfs , ISO 9660 , tập tin-11 , hệ thống tậptin Veritas , VMFS , ZFS , ReiserFS và UDF

 Extended file system, hay ext, được triển khai vào tháng 4/ 1992 như là hệthống tập tin đầu tiên dành riêng cho Linux kernel

 NTFS là hệ thống tập tin tiêu chuẩn của Windows NT, bao gồm cả cácphiên bản sau này của Windows như Windows 2000, Windows XP, WindowsServer 2003, Windows Server 2008, Windows Vista, và Windows 7

Một số hệ thống tập tin đĩa được ghi nhật ký hệ thống tập tin hoặc phiên bản

hệ thống tập tin

2.4.Không gian quản lý

Hệ thống tập tin phân bổ không gian một cách dạng hạt, thường là nhiều đơn vị vật

lý trên thiết bị

Hệ thống tập tin chịu trách nhiệm tổ chức các tập tin và thư mục, và theo dõi trong

đó khu vực của các phương tiện truyền thông thuộc tập tin đó và không được sử dụng

Kết quả trong không gian chưa sử dụng khi một tập tin không phải là một bội sốchính xác của các đơn vị phân bổ, đôi khi được gọi là slack không gian Đối với một phân

bổ 512-byte, không gian chưa sử dụng trung bình là 255 byte Đối với một 64 cụm KB,không gian chưa sử dụng trung bình là 32KB Kích thước của các đơn vị phân bổ đượcchọn khi hệ thống tập tin được tạo ra

Ví dụ slack không gian, chứng minh với 4096 byte NTFS cụm: 100.000 tập tin, mỗi

5 byte cho mỗi tập tin, tương đương với 500.000 byte dữ liệu thực tế, nhưng đòi hỏi

409.600.000 byte của không gian đĩa để lưu trữ

Một hệ thống tập tin có thể làm cho việc sử dụng một thiết bị lưu trữ, nhưng có thể được sử dụng để tổ chức và đại diện cho quyền truy cập vào bất kỳ dữ liệu nào, cho dù nó được lưu trữ hoặc tự động tạo ra (ví dụ như procfs)

2.5.Folder (máy tính)

Trong máy tính, các tập tin được tổ chức lưu trữ các tập tin có liên quan trong cùngthư mục Trong một phân cấp hệ thống tập tin (có nghĩa là, một trong các tập tin và thưmục được tổ chức một cách tương tự như một đảo cây), một thư mục chứa bên trong thưmục khác được gọi là một thư mục con Các thư mục đầu tiên trong một hệ thống tập tinnhư vậy được gọi là thư mục gốc

Hình ánh minh họa cấu trúc file tổ chức mô hình cây trong máy tính

Thao tác tập tin

Tập tin là kiểu dữ liệu trừu tượng Để định nghĩa một tập tin hợp lý, chúng ta cầnxem xét các thao tác có thể được thực hiện trên các tập tin Hệ điều hành cung cấp lời gọi

hệ thống để thực hiện các thao tác này

 Tạo tập tin: Hai bước cần thiết để tạo một tập tin Thứ nhất, không gian trong hệ

thống tập tin phải được tìm cho tập tin Thứ hai, một mục từ cho tập tin mới phảiđược tạo trong thư mục Mục từ thư mục ghi tên tập tin và vị trí trong hệ thống tậptin, và các thông tin khác

 Mở: Trước khi mở tập tin, quá trình phải mở nó Mục tiêu của việc mở là cho phép

hệ thống thiết lập một số thuộc tính và địa chỉ đĩa trong bộ nhớ để tăng tốc độ truyxuất

 Đóng: Khi chấm dứt truy xuất, thuộc tính và địa chỉ trên đĩa không còn dùng nữa,

tập tin được đóng lại để giải phóng vùng nhớ

 Ghi: Để ghi một tập tin, chúng ta thực hiện lời gọi hệ thống xác định tên tập tin và

thông tin được ghi tới tập tin Với tên tập tin, hệ thống tìm thư mục để xác định vị trícủa tập tin Hệ thống phải giữ một con trỏ viết tới vị trí trong tập tin nơi mà thao tácviết tiếp theo sẽ xảy ra Con trỏ viết phải được cập nhật bất cứ khi nào thao tác viết

xảy ra.Tiến trình được thực hiện như sau: Đầu tiên HĐH sẽ tìm xem có file nào cùngtên đã tồn tại trên cùng thư mục định ghi chưa Nếu chưa thì nó sẽ tiến hành ghi, nếu

có nó sẽ thông báo có muốn ghi đè không?.Nếu sau bước trên mà nhận được lệnhghi, HĐH sẽ tìm một khoảng không gian trống trên đĩa đủ để lưu file rồi Creat file,ghi dữ liệu lên.Cuối cùng phải đóng file lại

 Chèn cuối: Giống thao tác ghi nhưng dữ liệu luôn được ghi vào cuối tập tin.

 Đọc: Để đọc từ một tập tin, chúng ta dùng lời gọi hệ thống xác định tên tập tin và

nơi (trong bộ nhớ) mà khối tiếp theo của tập tin được đặt Thư mục được tìm mục từtương ứng và hệ thống cần giữ con trỏ đọc tới vị trí trong tập tin nơi thao tác đọctiếp theo xảy ra

 Xoá: Để xoá một tập tin, chúng ta tìm kiếm thư mục với tên tập tin được cho.Tiến

trình được thực hiện như sau: Đầu tiên HĐH sẽ tìm ( tìm mục từ tương ứng ) file cầnxóa trên đĩa, mở file đó ra, xóa toàn bộ mọi thông tin trong file, cuối cùng là đóngfile lại rồi xóa mọi dấu vết của file để giải phóng không gian tập tin để không giannày có thể dùng lại bởi tập tin khác và xoá mục từ thư mục.Nếu có trục trặc trongviệc xóa thông tin trong file (thường là Data file) thì file sau khi đóng sẽ không xóađược.giải phóng không gian tập tin để không gian này có thể dùng lại bởi tập tinkhác và xoá mục từ thư mục

 Tìm: Thư mục được tìm mục từ tương ứng và vị trí con trỏ hiện hành được đặt tới

giá trị được cho

 Lấy thuộc tính: Lấy thuộc tính tập tin cho quá trình.

 Đổi tên: Thay đổi tên tập tin đã tồn tại.

Chương 3:

Các loại hệ thống tệp tin

3.1.Hệ thống tệp tin FAT

a.Giới thiệu FAT

FAT là viết tắt của "File Allocation Table" tạm dịch là "Bảng cấp phát tập tin" FATđược giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1977 với phiên bản FAT12 Sau đó là các phiênbản FAT16 và FAT32

FAT hệ thống tập tin được hỗ trợ bởi hầu như tất cả các hệ điều hành cho máy tính

cá nhân, bao gồm tất cả các phiên bản của Windows và MS-DOS / PC DOS và DOS (PC DOS là một phiên bản OEM của MS-DOS, MS-DOS ban đầu được dựatrên SCP 's 86-DOS DR-DOS được dựa trên kỹ thuật số nghiên cứu đồng thời hệ điềuhành DOS, một kế thừa của CP/M-86.)

DR-Các thuộc tính trên hệ thống tập tin FAT bao gồm:

Archive ( lưu trữ ): Trên các hệ điều hành DOS thì thuộc tính này được định khi mỗikhi tập tin bị thay đổi, và bị xóa khi thực hiện lệnh backup để sao lưu dữ liệu

Hidden ( ẩn ): Khi một tập tin có thuộc tính này thì các chương trình liệt kê các tậptin theo mặc định sẽ bỏ qua, không liệt kê tập tin này Người sử dụng vẫn có thể làm việctrên tập tin này như bình thường

Read-only ( chỉ đọc ): Khi một tập tin có thuộc tính này thì các chương trình xử lý tậptin theo mặc định sẽ không cho phép xóa, di chuyển tập tin hoặc thay đổi nội dung tậptin Còn các thao tác khác như đổi tên tập tin, đọc nội dung tập tin vẫn được cho phép

System ( thuộc về hệ thống ): Một tập tin có thuộc tính này sẽ chịu các hạn chế baogồm các hạn chế của thuộc tính Hidden và các hạn chế của thuộc tính Read-only, nghĩa

là không bị liệt kê, không thể xóa, di chuyển, thay đổi nội dung Thuộc tính này chủ yếudùng cho các tập tin quan trọng của hệ điều hành

Sub-directory (hay directory): thư mục con Những tập tin có thuộc tính này được

xử lý như là thư mục Thư mục là tập tin ở dạng đặc biệt, nội dung không chứa dữ liệuthông thường mà chứa các tập tin và các thư mục khác

Tên tập tin

 Tùy theo hệ điều hành mà có thể có các qui ước về tên tập tin

 Độ dài của tên tập tin tùy thuộc vào hệ thống tập tin

 Tùy thuộc vào hệ thống tập tin và hệ điều hành mà sẽ có một số ký tự không được dùng cho tên tập tin.

Thí dụ: Trên hệ điều hành Microsoft Windows, không được dùng các ký tự sau trong tên tập tin: \ / : * ? " < > | , tên tệp không quá 255 ký tự thường

Theo truyền thống cũ của hệ thống DOS và Windows, tên tập tin thường bao gồm hai phần: phần tên và phần mở rộng (còn gọi là phần đuôi) Tuy nhiên, tên của một tập tin không nhất thiết phải có phần mở rộng này

Các thí dụ về cấu trúc bit trong nội dung thông tin của tập tin

Thí dụ về cấu trúc bit của tập tin ASCII

Trong hình trên là hai tập tin văn bản dạng đơn giản dùng mã ASCII Tập tin

"hoso.txt" là tập tin soạn ra bằng lệnh edit của hệ điều hành Windows Tập tin thứ nhì,

"hoso2.txt", lại được soạn thảo bằng lệnh vi trong hệ điều hành Linux Hãy lưu ý qui ước xuống hàng của tập tin trong Windows sẽ bao gồm hai byte: dấu CR (cariage return) có giá trị ASCII là 0x0D và dấu LF (line feed) có giá trị 0x0A; trong khi đó, Linux chỉ cần dấu LF là đủ Điều này cho thấy sự khác nhau về định dạng

Thí dụ về cấu trúc bit của tập tin hình ảnh

Bit Ý nghĩa

(Hệ thập lục)

0.1 Tên nhận dạng “BM” (viết tắt của “bitmap”)

2.5 Cở của tập tin

0A- 0D Địa chỉ bắt đầu của các Bit màu

0E-11 Cở của phần đầu (thông tin về bitmap) thường là 40 byte

12.15 Chiều ngang của bitmap (đơn vị pixel hình này có chiều ngang = 5)

16.19 Chiều cao của bitmap (đơn vi pixel – hình này có chiều cao = 10 (0x0A))1C-1D Số bit cho một điểm màu (hình này dùng 4 bit tức 2^4 =16 màu)

22.25 Cơ sở của bitmap