Un système de fichiers (parfois également un système de fichiers écrit) est une méthode de structuration des données qu'un le système d'exploitation utilise pour contrôler la manière dont les données sont stockées et récupérées. Il organise fichiers ainsi que répertoires pour garantir une allocation adéquate de l’espace sur l’appareil.
Un système de fichiers organise les données dans une structure hiérarchique et permet la création, le déplacement, la modification et la suppression de fichiers et de répertoires. Les systèmes de fichiers sont essentiels pour optimiser les performances, garantissant intégrité des données, et faciliter la gestion des données et backups.
Comment fonctionnent les systèmes de fichiers ?
Un système de fichiers gère le stockage et la récupération des données sur un périphérique de stockage, tel qu'un disque dur, SSD, ou stockage réseau. Voici comment fonctionne un système de fichiers :
- Allocation de stockage. Le système de fichiers divise l'espace de stockage disponible sur un appareil en plus petites unités gérables, appelées blocs ou secteurs.
- Stockage de fichiers. Lorsqu'un fichier est enregistré, le système de fichiers alloue ces unités pour stocker les données du fichier. Les fichiers plus volumineux sont divisés en segments plus petits, répartis sur plusieurs unités non contiguës.
- Gestion des métadonnées. Le système de fichiers conserve des métadonnées sur chaque fichier et répertoire, y compris son nom, sa taille, ses dates de création et de modification, ses autorisations, etc.
- Structure du répertoire. Le système de fichiers organise les fichiers dans une structure de répertoires hiérarchique, permettant aux utilisateurs et applications pour naviguer et localiser facilement les fichiers.
- Contrôle d'accès. Les systèmes de fichiers gèrent l'accès et les autorisations pour les fichiers et les répertoires afin de contrôler quels utilisateurs peuvent lire, écrire et exécuter les fichiers.
- Opérations sur les fichiers. Le système de fichiers fournit des mécanismes pour effectuer des opérations sur les fichiers et les répertoires. Ces opérations nécessitent la mise à jour des métadonnées si nécessaire.
- Cohérence et intégrité. Les systèmes de fichiers avancés mettent en œuvre des mesures pour garantir la cohérence et l'intégrité des données, ainsi que la détection et la correction des erreurs en cas de panne du système.
- Optimisation. Les systèmes de fichiers utilisent divers mécanismes pour améliorer les performances. Par exemple, ils peuvent effectuer une mise en cache pour accélérer l'accès aux données fréquemment utilisées ou organiser les données de manière à minimiser les temps de recherche sur le disque.
Chaque type de système de fichiers implémente ces principes de manière unique, garantissant que les exigences de performances et de fiabilité correspondent aux différents systèmes de stockage et de stockage. matériel configurations.
Types de systèmes de fichiers
Les systèmes de fichiers sont conçus en tenant compte des besoins de stockage et des environnements informatiques spécifiques. Voici une liste des différents types de systèmes de fichiers :
Systèmes de fichiers sur disque
Les systèmes de fichiers sur disque sont conçus pour être utilisés sur des lecteurs de disque physiques, tels que lecteurs de disque dur (HDD) or disques durs à semi-conducteurs (SSD). Ils gèrent l'allocation de l'espace disque, maintiennent les fichiers métadonnées, et garantir l’intégrité et la sécurité des données. Les systèmes de fichiers sur disque sont essentiels aux performances et à la fiabilité des systèmes informatiques, car ils influencent directement la vitesse d'accès aux données, l'utilisation de la capacité de stockage et les mécanismes de récupération en cas d'erreurs ou de pannes du système.
Les systèmes de fichiers sur disque répondent à diverses exigences de stockage, notamment le besoin de fichiers de grande taille, de capacités de stockage élevées et de fonctionnalités robustes de récupération de données. Ces systèmes de fichiers incluent des fonctionnalités permettant de gérer efficacement l'espace disque, telles que la prise en charge de blocs de grande taille, ce qui réduit la surcharge, et compression, ce qui permet de mieux utiliser l'espace disponible.
Voici quelques exemples de systèmes de fichiers sur disque :
- NTFS (Système de fichiers de nouvelle technologie) pour Windows.
- Ext4 (quatrième système de fichiers étendu) pour Linux/Unix.
- HFS + (Système de fichiers hiérarchique Plus) pour macOS.
- exFAT (Extended File Allocation Table) pour une compatibilité multiplateforme.
Systèmes de fichiers Flash
Les systèmes de fichiers Flash sont conçus pour les périphériques de stockage à mémoire flash, tels que les disques SSD (Solid State Drives), USB lecteurs flash et cartes mémoire. Ils sont conçus pour compléter les fonctionnalités spécifiques et les limites de mémoire flash, comme l'absence de pièces mobiles, des temps d'accès plus rapides et un nombre fini de cycles d'écriture avant l'usure des cellules mémoire.
Les systèmes de fichiers Flash sont conçus pour maintenir les performances et l'efficacité lors des opérations de lecture/écriture en minimisant l'amplification de l'écriture, c'est-à-dire l'écriture et l'effacement inutiles des cellules Flash. Ces systèmes de fichiers intègrent également fréquemment des codes de correction d'erreurs (ECC) intégrés, qui détectent et corrigent Corruption de données.
Voici des exemples de systèmes de fichiers Flash :
- F2FS (système de fichiers compatible Flash)
- JFFS (système de fichiers Flash journalisé)
Systèmes de fichiers sur bande
Les systèmes de fichiers sur bande sont conçus pour gérer les données stockées sur bande magnétique. Cette technologie est principalement utilisée pour backup, d'archivage et de récupération de données en raison de sa rentabilité. Les systèmes de fichiers sur bande sont optimisés pour les transferts de données séquentiels volumineux et intègrent des mécanismes robustes de correction d'erreurs pour garantir l'intégrité des données au fil du temps.
Les systèmes de fichiers sur bande modernes, tels que le système de fichiers sur bande linéaire (LTFS), permettent aux utilisateurs d'interagir avec le stockage sur bande de la même manière que d'autres supports amovibles, tels que les clés USB, en permettant le glisser-déposer de fichiers. Cette fonctionnalité améliore considérablement la convivialité du stockage sur bande, le rendant ainsi adapté à un large éventail d'applications et d'utilisateurs.
Systèmes de fichiers de base de données
Les systèmes de fichiers de base de données stockent les fichiers et leurs métadonnées dans bases de données, permettant des relations plus complexes entre les données et des attributs de métadonnées plus riches. Cette approche permet des capacités d'interrogation avancées, fournit une prise en charge transactionnelle et améliore l'intégrité et la sécurité des données. Les systèmes de fichiers de base de données intègrent des mécanismes efficaces d’indexation, de contrôle de concurrence et de récupération, qui sont cruciaux pour la gestion de gros volumes de fichiers.
Les systèmes de fichiers de base de données permettent des recherches et des opérations complexes sur des fichiers en fonction de leurs métadonnées ou de leur contenu. Cette fonctionnalité améliore l'efficacité de la récupération et de la manipulation des données, en particulier dans les environnements hautement dynamiques. Ces systèmes de fichiers assurent également l'intégrité et la cohérence des données en garantissant que les modifications apportées aux fichiers et aux métadonnées respectent les propriétés ACID :
- Atomicité. Chaque transaction est traitée comme une unité unique, qui est soit entièrement réalisée, soit pas du tout.
- Cohérence. Chaque transaction fait passer le système d'un état valide à un autre, en maintenant les règles prédéfinies de la base de données.
- Isolement. Garantit que les transactions se produisent indépendamment, empêchant les transactions simultanées d'interférer les unes avec les autres.
- Durabilité. Garantit qu'une fois qu'une transaction est validée, elle le reste, même en cas de panne du système.
Systèmes de fichiers transactionnels
Les systèmes de fichiers transactionnels garantissent l'intégrité et la cohérence des données en appliquant des principes similaires à ceux trouvés dans les bases de données transactionnelles. Ils regroupent une série d’opérations sur les fichiers en une seule transaction. Les opérations réussissent ou échouent dans leur ensemble, faisant passer le système d'un état cohérent à un autre. Cette atomicité empêche les mises à jour partielles et garantit que le système de fichiers reste cohérent même en cas de pannes ou de pannes du système. Ces fonctionnalités rendent les systèmes de fichiers transactionnels particulièrement utiles pour les applications critiques, telles que les systèmes de traitement de données financières ou en temps réel.
Les systèmes de fichiers transactionnels utilisent la journalisation, la journalisation à écriture anticipée et la prise d'instantanés pour suivre les modifications et permettre l'annulation ou la restauration si la transaction ne se termine pas correctement. En automatisant la gestion de la cohérence via ces mécanismes, les systèmes de fichiers transactionnels réduisent la complexité du développement d'applications. Les développeurs peuvent se concentrer sur leurs tâches sans se soucier des opérations partiellement terminées ou de la corruption des données. Les systèmes de fichiers transactionnels améliorent également la récupération du système et aident les organisations à revenir rapidement à leurs opérations normales sans intervention manuelle ni vérifications approfondies.
Systèmes de fichiers réseau
Les systèmes de fichiers réseau permettent à plusieurs utilisateurs et systèmes de partager des fichiers sur un réseau informatique plutôt que sur un stockage local. En faisant abstraction des complexités du réseau, ces systèmes fournissent une interface transparente pour la lecture, l'écriture et l'exécution de fichiers. Ces types de systèmes de fichiers sont essentiels dans les environnements collaboratifs car ils facilitent le partage et la gestion efficaces des ressources sur divers systèmes et plates-formes.
Les protocoles courants pour les systèmes de fichiers réseau incluent :
- Système de fichiers réseau (NFS) pour Unix et Linux.
- Server Bloc de messages (SMB) pour Windows.
- Protocole de remplissage Apple (AFP) pour macOS.
Les systèmes de fichiers réseau s'appuient sur des mesures de sécurité robustes, telles que authentification ainsi que chiffrement. Ces protocoles protègent les données sensibles pendant la transmission et garantissent que seules les personnes autorisées peuvent y accéder. Améliorer la latence du réseau ainsi que bande passante, les systèmes de fichiers réseau appliquent des techniques telles que la mise en cache et la compression de fichiers, qui améliorent la réactivité et réduisent les temps de transfert de données. De plus, des mécanismes tels que le verrouillage des fichiers et le contrôle des versions aident à prévenir la corruption des données due à l'accès et à la modification des fichiers par plusieurs utilisateurs.
Systèmes de fichiers sur disque partagé
Les systèmes de fichiers sur disque partagé, également appelés systèmes de fichiers en cluster, fournissent un accès simultané à une partie du stockage sur disque à partir de plusieurs servers ou nœuds. Ils permettent un niveau élevé de partage de données et de collaboration entre les systèmes en cluster, ce qui convient aux environnements nécessitant une haute disponibilité, évolutivité et performances, tels que les clusters de bases de données et les systèmes de stockage d'entreprise.
Les systèmes de fichiers sur disque partagé reposent sur une infrastructure de stockage en réseau, telle que SAN (Storage Area Network). Les SAN fournissent un réseau haut débit qui connecte plusieurs servers, permettant efficacement la répartition de la charge de travail et améliorant la redondance du système. Des fonctionnalités telles que la journalisation, la capture instantanée et la réplication prennent en charge l'intégrité des données, backup, et la récupération, faisant des systèmes de fichiers sur disque dur une solution robuste pour gérer les données critiques dans des environnements informatiques complexes.
Systèmes de fichiers minimaux
Les systèmes de fichiers minimaux sont conçus pour occuper une quantité minimale d'espace de stockage et nécessiter un minimum de ressources de traitement. Cette approche de conception les rend adaptés aux systèmes embarqués, aux chargeurs de démarrage et aux systèmes basse consommation. Appareils IoT (Internet des objets), qui ont des exigences opérationnelles bien définies et des capacités informatiques limitées.
Les systèmes de fichiers minimaux offrent généralement une structure de base pour stocker des fichiers sans fonctionnalités avancées, telles que NTFS, ext4 ou HFS+. Au lieu de cela, leur objectif principal est de fournir suffisamment de fonctionnalités pour gérer efficacement les fichiers dans les limites des ressources de l'appareil.
Systèmes de fichiers plats
Les systèmes de fichiers plats constituent une approche simpliste du stockage de fichiers qui n'utilise pas de répertoires ou de dossiers pour stocker les fichiers. Au lieu de cela, tous les fichiers sont stockés au même niveau ou dans un seul répertoire, simplifiant ainsi la gestion et l'accès aux fichiers. Les systèmes de fichiers plats conviennent bien aux systèmes dotés d'un stockage limité ou aux applications qui ne peuvent pas se permettre la surcharge d'une structure hiérarchique.
Cependant, sans répertoires, les systèmes de fichiers plats ne peuvent pas gérer efficacement un nombre important ou croissant de fichiers. Pour cette raison, ils conviennent mieux aux systèmes spécialisés ou embarqués avec une portée étroite.
Exemples de systèmes de fichiers
Voici les exemples de systèmes de fichiers les plus courants :
- Table d'allocation de fichiers (FAT). FAT est compatible avec de nombreux systèmes d'exploitation, tels que DOS, Windows, Mac OS et Système basé sur Unixs. Il est le plus souvent utilisé pour les supports amovibles tels que les clés USB ou les cartes SD. La variante FAT32 est limitée à la taille de fichier maximale de 4 Go et au volume de 2 To.
- Table d'allocation de fichiers étendue (exFAT). Il s'agit d'une version mise à jour du système FAT qui étend sa taille jusqu'à 16 Mo et son volume jusqu'à 128 Po.
- Quatrième système de fichiers étendu (Ext4). Ce système de fichiers est utilisé par Linux et prend en charge des fichiers et des volumes plus volumineux (jusqu'à 1 Mo pour les fichiers et 16 To à 1 Mo pour les volumes).
- Système de fichiers global (GFS). GFS est un système de fichiers sur disque partagé pour les clusters d'ordinateurs Linux. Il permet un accès simultané au même stockage de blocs partagé à tous les nœuds.
- Système de fichiers hiérarchique (HFS). HFS est un système de fichiers développé par Apple pour être utilisé sur les ordinateurs Macintosh. Il a été remplacé par HFS+, qui offre de meilleures performances et prend en charge des fichiers et des volumes plus volumineux.
- Format de disque universel (UDF). UDF est une norme de système de fichiers pour les supports optiques, tels que les CD, DVD et disques Blu-ray. Il prend en charge des fichiers et des volumes plus volumineux que son prédécesseur, ISO9660.
- Système de fichiers de nouvelle technologie (NTFS). NTFS est un système de fichiers développé par Microsoft pour le système d'exploitation Windows. À partir de Windows NT, NTFS prend en charge les fichiers et volumes volumineux, des fonctionnalités avancées de protection et de récupération des données et une sécurité au niveau des fichiers.
- Système de fichiers Apple (APFS). PASA est un système de fichiers développé par Apple en remplacement de HFS+. Il améliore l'efficacité, la fiabilité et la sécurité du stockage flash/SSD. Il propose également un cryptage fort, un partage d'espace et un redimensionnement rapide des répertoires.
