ĐỀ tài nghiên cứu cấu trúc và cơ chế làm việc của hệ thống quản lý file FAT 32

Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT TRƯỜNG HỌC VIỆN KĨ THẬT QUÂN SỰ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: HỆ ĐIỀU HÀNH ĐỀ TÀI Nghiên cứu cấu trúc chế làm việc hệ thống quản lý file FAT 32 Giáo viên giảng dạy: Nguyễn Thanh Tùng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thắng Thinh Lớp: Tin16D  Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT Báo cáo Bài Tập Lớn Môn : Hệ Điều Hành Đề tài : Nghiên cứu cấu trúc chế làm việc hệ thống quản lý file FAT 32 A Hệ thống FAT 32 I Hệ thống File (File system)  Các dạng thức hệ thống file định nghĩa cách mà liệu file lưu trữ thiết bị lưu trữ tác động hệ thống file đến file Một dạng thức hệ thống file đưa giới hạn kích thước file thiết bị lưu trữ mà hệ thống file hỗ trợ Một vài hệ thống file hỗ trợ cho file lớn nhỏ, đĩa lớn nhỏ  Một hệ thống file thường bao gồm thành phần:  Sector khởi động (Boot sector),  Bảng định vị file (FAT: File Allocation Table),  Bảng thư mục gốc (Root Directory),  Một tập file thư mục công cụ quản lý thành phần  Các thành phần có cấu trúc phương thức tổ chức khác dạng thức hệ thống file khác Người ta thường dùng tên FAT hệ thống file để gọi tên hệ thống file Có hệ thống FAT như: FAT 12, FAT 16, FAT 32, NTFS… Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT II Giới thiệu bảng FAT  Hệ điều hành lưu trữ tệp vùng chứa tệp Vùng chứa tệp nằm sau thư mục gốc chiếm tồn khơng gian cịn lại Volume( Volume Boot Sector) Vùng chứa tệp coi tập hợ Cluster Cluster đơn vị lưu trữ thông tin nhỏ mà hệ điều hành dung để lưu trữ tệp Các Cluster đánh số thứ tự tăng dần đến hết Volume  Bảng FAT nằm sau cung khởi động ( Volume Boot Sector) Mỗi Volume thường có hai bảng FAT FAT 2, nội dung hai bảng giống hệt  Bảng FAT dung để quản lý Cluster Bảng FAT chứa lối vào ( entry) Kích thước nối vào 12, 16 32 bit, tùy thuộc vào kích thước volume cách tổ chức hệ tệp Hai lối vào bảng FAT để dạng tổ chức đĩa Số lượng lối vào lại số lượng cluster Các lối vào đánh số thứ tự tăng dần đến tận lối vào cuối bảng FAT Mỗi lối vào, lối vào số 2, chứa thông tin trạng thái cluster có số thứ tự tương ứng  Bảng FAT đóng vai trị đồ trạng thái cluster Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT  Thông tin trạng thái Cluster thể dạng mã nhị phân sau: Nội dung lối vào (hexadecimal) (0)000 Cluster rỗng (F)FF0 – (F)FF6 Cluster dự phòng (F)FF7 (F)FF8 – (F) FFF (X)XXX Trạng thái Cluster tương ứng Cluster hỏng Cluster cuối Cluster tương ứng với lối vào chứa tệp Con số (X)XXX xác định địa cluster tệp  Từ bảng FAT tìm chuỗi danh sách cluster thuộc tệp đó, cịn thiếu thơng tin cluster tệp thông tin gắn với tệp cụ thể nằm thư mục  Khi cần ghi nội dung file vào đĩa cần đọc nội dung file đĩa hệ điều hành phải dựa vào bảng FAT, bảng FAT bị hỏng hệ điều hành khơng thể ghi/đọc file đĩa Do đó, hệ điều hành DOS tạo hai bảng FAT hoàn toàn giống FAT1 FAT2, DOS sử dụng FAT1 dự phòng FAT2, FAT1 bị hỏng DOS sử dụng FAT2 để khôi phục lại FAT1 Điều không với hệ thống file FAT32, FAT32 tạo FAT DOS, FAT1 bị hỏng hệ điều hành chuyển sang sử dụng FAT2, sau khôi phục FAT1, ngược lại Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT  Hệ điều hành DOS tổ chức cấp phát động cluster cho file đĩa, sau thao tác cấp phát/ thu hồi cluster hệ điều hành phải cập nhật lại nội dung cho FAT1 FAT2 Có thể hệ điều hành thực cấp phát động cluster cho file liệu (có kích thước thay đổi), cịn file chương trình, file thư viện, file liên kết động, … (có kích thước khơng thay đổi) hệ điều hành thực cấp tĩnh cluster cho  Bảng FAT bao gồm nhiều phần tử (điểm nhập/ mục vào), phần tử đánh địa để phân biệt, địa cluster gọi số hiệu cluster Giá trị liệu phần tử bảng FAT cho biết trạng thái cluster tương ứng vùng liệu Ví dụ, phần tử thứ bảng FAT chứa giá trị 000h, giá trị cho biết cluster thứ vùng liệu trống, dùng để cấp phát cho file Phần tử thứ bảng FAT chứa giá trị FF7h, giá trị cho biết cluster thứ vùng liệu bị bad, cấp phát được, …  Trong bảng FAT, hai phần tử (00 01) không dùng cho việc theo dõi trạng thái cluster ghi nhận bảng đồ cấp phát file, mà sử dụng để chứa giá trị nhận biết khuôn dạng đĩa, gọi byte định danh (byte ID) đĩa, byte bảng FAT Đối với đĩa cứng byte ID = F8h Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT  Như để đọc nội dung file đĩa trước hết hệ điều hành phải tìm dãy cluster chứa nội dung file Nhưng bảng FAT cho biết số hiệu cluster từ cluster thứ hai đến cluster cuối dãy nói Cluster dãy cluster chứa nội dung file đĩa tìm thấy bảng thư mục gốc Để thấy cách mà hệ điều hành DOS dùng bảng FAT để quản lý việc lưu trữ file đĩa theo dõi trạng thái cluster vùng liệu, ta xem hình minh hoạ sau Từ bảng thư mục gốc trỏ đến (b) A1 B1 A3 10 11 B2 A2 x 12 13 14 15 B3 x A4 B4 00 00 10 00 14 00 12 FF7 15 FF7 FFF FFF (c) 10 11 12 13 15 15 Các entry đầu bảng FAT A1 A2 A3 A4 (a) B1 Đĩa logic cluster B2 B3 B4 Các block FileA & FileB Hình 4.10: Các file FileA FileB (a) lưu cluster đĩa logic (b) sơ đồ định vị bảng FAT (c) Hình (a) cho thấy: có hai file, FileA FileB, FileA có kích thước vừa đủ cluster chia thành block, FileB có kích thước nhỏ cluster chia thành block, block B4 chưa đủ cluster chứa vào cluster Tức là, hệ điều hành phải dùng đủ cluster để lưu trữ nội dung hai file FileA va FileB vào đĩa (hình b) Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT Đoạn FAT hình (c) cho biết thông tin sau đây:  Các cluster bị bad, sử dụng: cluster 11 cluster 13  Các cluster trống, chưa cấp phát: cluster 2, cluster 3, cluster 5, cluster  FileA lưu cluster: 4, 10, 7, 14 (chứa block cuối cùng)  FileB lưu cluster: 6, 9, 12, 15 (chứa block cuối cùng) Như bảng thư mục gốc cho biết cluster chứa FileA cluster 4, phần tử thứ bảng FAT chứa giá trị 10, điều chứng tỏ cluster 10 cluster chứa nội dụng FileA, phần tử thứ 10 bảng FAT chứa giá trị 7, điều chứng tỏ cluster cluster chứa nội dụng FileA, phần tử thứ bảng FAT chứa giá trị FFFh, điều chứng tỏ cluster cluster chứa block cuối FileA Các cluster chứa nội dung file khơng liên tiếp nhau, thường nằm rải rác phạm vi hẹp đĩa Điều giúp hệ điều hành đọc file nhanh nhờ tiết kiệm thời gian duyệt đọc qua byte từ đầu đến cuối bảng FAT để dị tìm dãy cluster chứa nội dung file Mặt khác, việc phân bố tập trung cluster file phù hợp với thuật toán đọc đĩa hệ điều hành Đối với file liệu, sau thời gian kích thước tăng lên, hệ điều hành phải cấp phát thêm cluster cho nó, cluster nằm vị trí tách xa cluster trước đó, dẫn đến cluster chứa nội dung file phân bố rải rác khắp bề mặt đĩa, điều Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT làm chậm tốc độ đọc file hệ điều hành Các file liệu bị mở, thay đổi, ghi đóng lại nhiều lần dẫn đến tượng Trên đĩa xuất hiện tượng có nhiều file bị phân bố rải rác khắc bề mặt đĩa, tượng gọi tượng đĩa bị phân mảnh (fragmentary) Các đĩa bị phân mảnh làm cho tốc độ đọc file chậm nhiều Trong trường hợp người sử dụng phải thực việc xếp lại cluster đĩa, để cluster chứa nội dung file tất file đĩa phân bố tập trung hơn, thao tác gọi chống phân mảnh cho đĩa Hệ điều hành DOS cung cấp nhiều công cụ để người sử dụng thực việc chống phân mảnh cho đĩa mức ứng dụng mức lập trình III Hệ thống FAT 32 Giới thiệu Được giới thiệu phiên Windows 95 Service Pack (OSR 2), xem phiên mở rộng FAT16 Do sử dụng không gian địa 32 bit nên FAT32 hỗ trợ nhiều cluster partition hơn, không gian đĩa cứng tận dụng nhiều Ngồi với khả hỗ trợ kích thước phân vùng từ 2GB lên 2TB chiều dài tối đa tên tập tin mở rộng đến 255 ký tự làm cho FAT16 nhanh chóng bị lãng quên Hệ thống FAT32 làm việc theo hệ thống FAT nói chung, khác khơng gian địa Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT Đặc điểm  Ta có bảng thơng tin FAT 32: Nhà phát triển Microsoft Tên đầy đủ (Phiên 32-bit) Giới thiệu tháng 1996 (Windows 95 OSR2) Partition identifier 0x0B, 0x0C (MBR) EBD0A0A2-B9E5-4433 -87C0-68B6B72699C7(GPT) Cấu trúc thư mục bảng Định vị tập tin Danh sách liên kết Kích thước tập tin tối đa GiB Số lượng tối đa tập tin 268.435.437 Độ dài tên tập tin tối đa 8.3 255 ký tự tùy theo hệ điều hành Kích thước phân vùng tối đa TiB  Hệ thống file FAT32 định nghĩa dựa hệ thống file FAT Trong thực tế FAT32 sử dụng sử dụng 28 bít, thay 32 bít, để định danh cluster đĩa, dành riêng bít cao cho mục đích khác Kích thước cluster hệ thống FAT32 lên đến 32Kb, nên theo lý thuyết Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT FAT32 quản lý đến 8Tb dung lượng partition/đĩa Nhưng thực tế windows 2000 dùng FAT32 partition/đĩa có kích thước nhỏ 32Gb  Sau số thuận lợi FAT32 so với FAT12 FAT16: o Số phần tử/ mục vào (entry) thư mục gốc giới hạn o Thư mục gốc khơng cần lưu trữ vị trí xác định trước o Kích thước cluster lên đến 32Kb nên quản lý 8Tb, thức tế windows 2000 dùng FAT32 để quản lý có partition/đĩa có kích thước nhỏ 32Mb o Chỉ dùng 28 bít để định danh cluster, dùng bít cao cho mục đích khác o Lưu trữ copy boot sector o Có hai bảng FAT volume hai có vai trị o Kích thước file lên đến 4Gb Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 10 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT  Hệ thống file FAT32 không hệ điều hành sử dụng để định dạng đĩa mềm  Hệ thống file FAT32 cho phép có tới sector cluster, nên quản lý khơng gian đĩa lớn nhiều lần (232 cluster * sector/1 cluster * 512 byte/1 sector)  Sector (cung từ): Các track chia thành khối có kích thước cố định đánh địa chỉ, khối gọi sector Các sector đánh địa track, đĩa tồn nhiều sector có số hiệu địa chỉ, cách đánh địa gây khó khăn nhiều người lập trình  Kích thước sector, số byte liệu chứa sector, phụ thuộc vào phần cứng Trên họ processor x86, kích thước sector đĩa cứng thường 512 byte  Các sector đánh địa theo kiểu gọi sector vật lý Trong thực tế lập trình hệ điều hành sử dụng sector logic, theo địa sector đánh kể từ track mặt đĩa thứ Như đĩa khơng có sector có số hiệu địa Bảng sau cho thấy tương ứng sector vật lý với sector logic đĩa mềm: Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 11 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT Mặt đĩa Track 0 1 0 Sect or Sector logic 0 0 2-5 6-9 1-3 4-9 1-9 1-4 5-8 - 11 12 - 17 18 - 26 Thông tin lưu trữ Boot record FAT Thư mục gốc Thư mục gốc Dữ liệu Dữ liệu Bảng : Tương ứng sector vật lý sector logic đĩa mềm  Trên bề mặt đĩa tồn sector mà hệ điều hành ghi liệu vào khơng thể đọc liệu từ Các sector gọi bad sector Trong trình định dạng đĩa hệ điều hành đánh dấu loại bỏ bad sector  Cluster (liên cung): Một nhóm gồm 2, sector liên tiếp tạo thành cluster Kích thước cluster thường bội số kích thước sector Các cluster đánh địa Số sector cluster phụ thuộc vào loại đĩa Một số hệ điều hành cho phép người sử dụng quy định số sector cluster Các hệ điều hành thường tổ chức lưu trữ liệu, nội dung tập tin, đĩa theo cluster Trên bề mặt đĩa tồn bad cluster, cluster có chứa bad sector Một số hệ điều hành khơi phục lại liệu chứa bad-sector hay bad cluster ghi vào lại cluster Hệ điều hành khôi phục thay liệu sector bị bad phải khôi phục Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 12 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT thay toàn liệu cluster có chứa bad-sector  Partition (phân khu): Partition tập sector liền kề đĩa Mỗi partition có bảng partition sở liệu quản lý đĩa riêng, dùng để lưu trữ sector đầu tiên, kích thước đặc tính khác partition  Volume: Một volume tương tự partition logic đĩa, tạo ta định dạng đĩa phần đĩa theo hệ thống file NTFS Trong hệ điều hành windowsNT/2000 ta tạo volume trãi dài nhiều đĩa vật lý khác Một đĩa có nhiều volume NTFS điều khiển volume cho không phụ thuộc vào volume khác Một volume bao gồm tập file với không gian chưa cấp phát lại partition đĩa Trong hệ thống file FAT, volume chứa vùng đặc biệt định dạng cho việc sử dụng hệ thống file Nhược điểm - Tính bảo mật - Nhược Điểm FAT32 Nếu đĩa cứng bạn có kích thước cluster nhỏ máy chậm Điều với hệ điều hành, dạng FAT Lí là: với kích thước cluster nhỏ, file bao gồm nhiều cluster việc đọc ghi lâu Chẳng hạn hệ thống có kích thước cluster 16KB, file ảnh 320KB bao gồm 20 cluster, việc mở file phải thực 20 lần thao tác đọc cluster Nhưng kích thước cluster 2KB file bao gồm 160 Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 13 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT cluster việc mở file phải thực tới 160 lần thao tác đọc cluster Do ứng dụng có nhiều tác vụ đọc ghi đĩa chậm rõ rệt Thế bạn sử dụng cluster lớn slack lại lớn dẫn đến lãng phí đĩa cứng Bạn thực chức nén đĩa với FAT32 số chương trình ví dụ như: DriveSpace3 kèm với OSR2 Memphis Để nhận biết đĩa cứng sử dụng FAT32 hay chưa bạn nút phải chuột vào biểu tượng ổ đĩa My Computer chọn chọn properties Nếu thấy tham số Type FAT32 Tính FAT32 - FAT32 cung cấp cải tiến trước việc triển khai hệ thống tập tin kiểu FAT: - FAT32 hỗ trợ ổ đĩa kích thước lên đến terabytes - FAT32 sử dụng không gian hiệu FAT32 sử dụng cụm nhỏ (có nghĩa là, 4-KB cụm cho ổ lên đến GB kích thước), kết 10-15 phần trăm thêm hiệu sử dụng không gian đĩa tương đối so với lớn chất béo FAT16 ổ đĩa - FAT32 mạnh mẽ FAT32 di chuyển thư mục gốc sử dụng tập tin phân bổ bảng thay chép mặc định Ngoài ra, mục ghi khởi động ổ đĩa FAT32 mở rộng để bao gồm cấu trúc liệu quan trọng Do đó, ổ đĩa FAT32 nhạy cảm với điểm thất bại FAT16 ổ đĩa Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 14 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT - FAT32 linh hoạt Thư mục gốc ổ đĩa FAT32 chuỗi cụm thơng thường, nơi nằm ổ đĩa Các giới hạn trước số lượng gốc thư mục khơng tồn Ngồi ra, tập tin phân bổ bảng ánh xạ bị vơ hiệu hóa, cho phép tập tin phân bổ bảng khác so với phải hoạt động Các tính cho phép động thay đổi kích thước phân vùng FAT32 FAT32 Khả tương thích cân nhắc Để trì khả tương thích lớn với chương trình có, mạng lưới, điều khiển thiết bị, FAT32 thực với thay đổi kiến trúc có Windows, cấu trúc liệu nội bộ, giao diện lập trình ứng dụng (API) định dạng đĩa Tuy nhiên, byte yêu cầu để lưu trữ giá trị cụm, nhiều cấu trúc nội đĩa liệu API xuất sửa đổi mở rộng Trong số trường hợp, có API khơng hoạt động ổ đĩa FAT32 Hầu hết chương trình khơng bị ảnh hưởng thay đổi Hiện có cơng cụ trình điều khiển nên tiếp tục làm việc ổ đĩa FAT32 Tuy nhiên, MS-DOS khối điều khiển thiết bị (ví dụ, Aspidisk.sys) đĩa cơng cụ cần phải sửa đổi để hỗ trợ ổ đĩa FAT32 Tất Microsoft kèm đĩa công cụ thay đổi để làm việc với FAT32 Ngoài ra, Microsoft làm việc với điều Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 15 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT khiển thiết bị hàng đầu giới nhà sản xuất đĩa công cụ để hỗ trợ họ sửa đổi sản phẩm họ để hỗ trợ FAT32 Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 16 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT B Tàiliệu tham khảo  Slide giảng thầy: Hà Trí Trung – Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự  www.sinhvienIT.net  http://vi.wikipedia.org Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 17 Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự – Khoa CNTT C Lời kết Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thày trình giảng dạy học tập lớp! Nhưng lực hạn chế, kinh nghiệm kiến thức chưa hồn chỉnh, BTL cịn nhiều khuyết điểm hạn chế, mong thầy thông cảm bảo thêm để em hồn thiện BTL Kính chúc thầy sức khỏe thành công! Học Viện Kĩ Thuật Quân Sự 05/06/2013 Sv: Nguyễn Thắng Thinh – Lớp: Tin16D Page 18 ... : Hệ Điều Hành Đề tài : Nghiên cứu cấu trúc chế làm việc hệ thống quản lý file FAT 32 A Hệ thống FAT 32 I Hệ thống File (File system)  Các dạng thức hệ thống file định nghĩa cách mà liệu file. .. thành phần có cấu trúc phương thức tổ chức khác dạng thức hệ thống file khác Người ta thường dùng tên FAT hệ thống file để gọi tên hệ thống file Có hệ thống FAT như: FAT 12, FAT 16, FAT 32, NTFS…... động hệ thống file đến file Một dạng thức hệ thống file đưa giới hạn kích thước file thiết bị lưu trữ mà hệ thống file hỗ trợ Một vài hệ thống file hỗ trợ cho file lớn nhỏ, đĩa lớn nhỏ  Một hệ thống