Tất cả tệp trên máy tính được lưu trên ổ cứng hoặc thiết bị lưu trữ khác. Cần một hệ thống để tổ chức lưu trữ có trật tự. Đó chính là hệ thống tệp (file system). Hệ thống tệp phân chia dữ liệu trên ổ đĩa và lưu trữ dưới dạng các tệp riêng biệt. Mọi thông tin về tệp – tên, loại, quyền, thuộc tính khác – đều lưu trong hệ thống tệp. Hệ thống tệp duy trì chỉ mục vị trí mỗi tệp, giúp hệ điều hành không phải quét toàn bộ ổ đĩa để tìm tệp.
Có nhiều loại hệ thống tệp. Hệ điều hành và hệ thống tệp phải tương thích. Chỉ khi đó OS mới hiển thị nội dung và thao tác trên tệp. Nếu không, bạn không dùng được hệ thống tệp đó. Giải pháp: cài driver hỗ trợ hệ thống tệp đó.
Hệ thống tệp chính xác là gì?
Hệ thống tệp về cơ bản là một cơ sở dữ liệu cho biết vị trí vật lý của dữ liệu trên thiết bị lưu trữ. Tệp được tổ chức thành thư mục (còn gọi là thư mục/directory). Mỗi thư mục có một hoặc nhiều thư mục con lưu trữ các tệp nhóm theo tiêu chí nào đó.
Ở đâu có dữ liệu trên máy tính, bắt buộc phải có hệ thống tệp. Do đó, mọi máy tính đều có hệ thống tệp.
Tại sao có nhiều hệ thống tệp?
Nhiều loại hệ thống tệp, khác nhau về: cách tổ chức dữ liệu, tốc độ, tính năng bổ sung... Một số phù hợp ổ lưu trữ dữ liệu nhỏ, البعض hỗ trợ dữ liệu lớn. Một số an toàn hơn. Nếu an toàn, robust thì có thể không nhanh nhất. Khó tìm một hệ thống tệp tập hợp tất cả ưu điểm.
Không có ý nghĩa tìm "hệ thống tệp tốt nhất". Mỗi loại phục vụ mục đích khác nhau, có tập tính năng riêng. Khi phát triển OS, nhà phát triển cũng xây dựng hệ thống tệp cho OS đó. Microsoft, Apple, Linux đều có hệ thống tệp riêng. Dễ mở rộng hệ thống tệp mới cho thiết bị lưu trữ lớn hơn. Hệ thống tệp tiến hóa, phiên bản mới có tính năng tốt hơn phiên bản cũ.
Thiết kế hệ thống tệp không đơn giản. Cần nhiều nghiên cứu. Hệ thống tệp định nghĩa cách lưu metadata, tổ chức và lập chỉ mục tệp, và nhiều hơn nữa. Có nhiều cách thực hiện. Do đó, luôn có chỗ cải tiến – cách tốt hơn, hiệu quả hơn cho hoạt động lưu trữ tệp.
Hệ thống tệp – nhìn sâu hơn
Thiết bị lưu trữ được chia thành các sector (nguyên lý). Tất cả tệp lưu trong các sector này. Hệ thống tệp phát hiện kích thước tệp và đặt nó ở vị trí phù hợp. Sector trống được đánh dấu "chưa dùng". Hệ thống tệp xác định sector trống và gán tệp vào đó.
Sau một thời gian đọc/ghi nhiều, thiết bị lưu trữ trải qua quá trình mảnh hóa (fragmentation). Không thể tránh khỏi nhưng cần kiểm tra để duy trì hiệu năng. Ghép mảnh (Defragmentation) là quá trình ngược, khắc phục mảnh hóa. Có công cụ ghép mảnh miễn phí.
Tổ chức tệp vào thư mục/thư mục con giúp loại bỏ xung đột tên. Không có thư mục thì không thể có 2 tệp trùng tên. Tìm kiếm và truy xuất tệp cũng dễ dàng hơn trong môi trường có tổ chức.
Hệ thống tệp lưu thông tin quan trọng: tên tệp, kích thước, vị trí, kích thước sector, thư mục cha, chi tiết mảnh...
Các hệ thống tệp phổ biến
1. NTFS
NTFS = New Technology File System. Microsoft giới thiệu 1993. Hầu hết Windows XP, Vista, 7, 8, 10 dùng NTFS.
Kiểm tra ổ định dạng NTFS:
- Mở "Quản lý đĩa (Disk Management)" trong Control Panel → thấy hệ thống tệp kèm chi tiết ổ.
- Hoặc chuột phải ổ trong File Explorer → Thuộc tính (Properties) → xem loại hệ thống tệp.
Đặc điểm NTFS:
- Hỗ trợ ổ cứng lớn – lên đến 16 EB. Tệp đơn lẻ lên đến 256 TB.
- Transactional NTFS: Ứng dụng dùng tính năng này hoặc thất bại hoàn toàn, hoặc thành công hoàn toàn. Giảm rủi ro một phần thay đổi thành công, phần khác thất bại. Mọi giao dịch của lập trình viên là nguyên tử (atomic).
- Volume Shadow Copy Service: OS và công cụ backup dùng tính năng này để backup tệp đang dùng.
- Hệ thống tệp nhật ký (Journaling): Trước khi thay đổi hệ thống, ghi log. Nếu thay đổi mới thất bại trước khi commit, log giúp khôi phục trạng thái trước.
- EFS – Encrypting File System: Mã hóa từng tệp/thư mục riêng lẻ.
- Quota ổ đĩa: Admin đặt giới hạn dung lượng mỗi người dùng trên ổ chia sẻ mạng, đảm bảo công평.
2. FAT
FAT = File Allocation Table. Microsoft tạo năm 1977. Dùng trong MS-DOS và Windows cũ. Ngày nay NTFS là chính trên Windows, nhưng FAT vẫn được hỗ trợ.
FAT tiến hóa theo thời gian để hỗ trợ ổ lớn hơn.
Các phiên bản FAT:
- FAT12 (1980): Dùng rộng rãi cho MS-DOS đến 4.0. Đĩa mềm (floppy) vẫn dùng FAT12. Tên tệp max 8 ký tự, phần mở rộng max 3 ký tự. Nhiều thuộc tính quan trọng (nhãn ổ, ẩn, hệ thống, chỉ đọc) ra đời từ phiên bản này.
- FAT16 (1984): Bảng phân cấp 16-bit. Dùng trong DOS đến phiên bản 6.22.
- FAT32 (1996): Phiên bản mới nhất FAT. Hỗ trợ ổ 2TB (lên đến 16KB với cluster 64KB).
- ExFAT (2006): Extended File Allocation Table. Cũng do Microsoft tạo. Không phải phiên bản tiếp theo của FAT. Dành cho thiết bị di động – USB flash, thẻ SDHC... Hỗ trợ mọi Windows. Lên đến 2,796,202 tệp/thư mục, tên tệp 255 ký tự.
Hệ thống tệp phổ biến khác: HFS+, Btrfs, Swap, Ext2/Ext3/Ext4 (Linux), UDF, GFS.
Có thể chuyển đổi giữa các hệ thống tệp?
Một phân vùng được định dạng với một hệ thống tệp cụ thể. Chuyển đổi sang loại khác có thể thực hiện được nhưng không khuyến khích. Tốt hơn: copy dữ liệu quan trọng sang thiết bị khác.
Thuộc tính như mã hóa tệp, quota ổ, quyền đối tượng, nén tệp, thuộc tính tệp lập chỉ mục – chỉ có trong NTFS, không hỗ trợ trong FAT. Chuyển đổi giữa các hệ thống như vậy có rủi ro. Tệp mã hóa từ NTFS chuyển sang FAT → mất mã hóa, ai cũng truy cập được. Tệp nén từ NTFS chuyển sang FAT → tự động giải nén.
Tóm tắt
- Hệ thống tệp: nơi lưu tệp và thuộc tính, tổ chức tệp hệ thống. Giúp OS tìm kiếm/truy xuất tệp.
- Nhiều loại hệ thống tệp. Mỗi OS có hệ thống tệp riêng cài sẵn.
- Chuyển đổi giữa hệ thống tệp có thể làm nhưng nếu hệ thống mới không hỗ trợ tính năng cũ, tệp mất đi tính năng đó. Do đó không khuyến khích.