Fichiers et Implantation: Mémoire et Stockage

Fichiers et Implantation

• La mémoire est un moyen électrotechnique de stockage d'informations.
• Les supports de stockage sont des semi-conducteurs, des magnétiques, des optiques, du papier et des hybrides.
• Les semi-conducteurs incluent la RAM, le flash (clés USB, SSD).
• Les supports magnétiques incluent les disques durs, les bandes magnétiques, les disquettes.
• Les supports optiques incluent les CD-ROM, les DVD-ROM et les Blu-ray.
• Le papier utilise des cartes perforées.
• Les hybrides combinent des disques durs SSHD (SSD + HDD).
• Il existe différents niveaux de stockage, notamment le stockage primaire, secondaire, tertiaire et hors ligne.
• Le stockage primaire est directement accessible par le CPU (RAM).
• Le stockage secondaire passe par des canaux spéciaux pour transférer des informations vers le stockage primaire.
• Le stockage tertiaire utilise des mécanismes robotiques pour monter et démonter le support copié du stockage secondaire.
• Le stockage hors ligne (ou amovible) stocke des informations sur un support inséré manuellement.
• La volatilité de la mémoire peut être volatile (perdue à la mise hors tension) ou rémanente (conservée à la mise hors tension).
• DRAM (Dynamic Random Access Memory) nécessite un rafraîchissement périodique des informations.
• SRAM (Static Random Access Memory) n'a pas besoin de rafraîchissement.
• Les types d'accès à la mémoire incluent la lecture/écriture, la lecture seule, la lecture rapide et l'écriture lente.
• L'accès peut être aléatoire (RAM) ou séquentiel (CD-ROM, DVD).
• La mémoire vive (RAM) est modifiable et consultable à tout moment.
• La mémoire morte (ROM) ne permet pas la modification des informations.
• La mémoire de masse offre une plus grande capacité mais avec un accès plus lent.
• La mémoire cache est une mémoire à court terme qui accélère les performances matérielles.
• La mémoire flash peut être effacée intégralement en une seule opération.
• Un fichier logique représente la vision des données par l'utilisateur et les programmes.
• Chaque fichier est désigné par un nom.
• Les opérations de fichier incluent la création/destruction (liaison logique/physique) et l'ouverture/fermeture (rupture de liaison).
• Les opérations de fichier comprennent l'enregistrement.
• Un fichier logique est une unité de traitement et une structure de données compréhensible par le programme.
• Les fichiers sont accessibles via des fonctions de lecture et d'écriture.

Types de Fichiers

• Les fichiers ordinaires contiennent des données, des programmes ou des bibliothèques.
• Les répertoires sont des fichiers système qui conservent la structure du système de fichiers.
• Les fichiers spéciaux caractère sont liés aux entrées/sorties et transfèrent des données via des périphériques sans temporisation.
• Les fichiers spéciaux bloc sont liés aux entrées/sorties et transfèrent des données via les lecteurs avec des tampons.
• Les fichiers textes/ASCII contiennent des lignes de texte et peuvent être directement lus et imprimés.
• Les fichiers binaires sont des suites d'octets incompréhensibles (sauf pour les applications).
• Le type de fichier peut être déterminé par une extension, un attribut ou par l'application elle-même.
• Les attributs de fichier sont des informations complémentaires variant selon le système.
• Les attributs peuvent inclure des indicateurs de lecture, écriture et exécution (r, w, x sous Unix), le créateur, le type (ASCII ou binaire), l'heure et la date.

Modes d'accès aux fichiers logiques

• L'accès séquentiel traite les enregistrements l'un après l'autre à partir d'un pointeur.
• L'accès indexé/aléatoire permet un accès direct à un enregistrement via une clé et un index.
• L'accès direct/relatif spécifie la position relative de l'enregistrement par rapport au début, à la fin ou à la position courante.
• L'entité désignée sur le support contient les données physiques.

Difficultés d'accès aux fichiers logiques

• Comment positionner un fichier sur le support (en blocs ou non)
• Localisation physique du fichier
• Méthode pour retrouver un fichier ultérieurement

Structure d'un disque dur

• Il comprend jusqu'à 20 plateaux, avec 2 faces par plateau.
• Chaque face contient des pistes (10 à 1000+ par face) et chaque piste contient 1 cylindre.
• Les secteurs varient de 4 à 32 par piste.
• Un exemple est un disque dur avec 3 plateaux, donc 6 faces et 6 têtes de lecture.
• Normalement, chaque secteur contient 512 octets.
• Le premier secteur adressable se trouve au cylindre 0, tête 0, secteur 0.

Blocs

• L'objectif est d'optimiser les opérations de lecture/écriture.
• Les blocs regroupent plusieurs secteurs consécutifs.
• Le bloc est l’unité d’échange entre le disque et la mémoire.
• Le secteur 0 d'un disque contient le MBR (Master Boot Record), qui sert à "booter" la machine.
• La table des partitions, qui se trouve après le MBR, contient les adresses de début et de fin de chaque partition.
• Dans chaque partition, on trouve un bloc de boot et un superbloc contenant des informations sur le système de fichiers.
• Au démarrage, la machine interroge le MBR, lit le premier bloc de la partition active (bloc de boot) et charge le système à partir de ce bloc.

Implantation contiguë

• Les fichiers sont enregistrés dans des blocs consécutifs.
• Elle est simple à mettre en œuvre et possède d'excellentes performances.
• L'inconvénient est la fragmentation de l'espace libre.
• Ce système est utilisé avec les DVD et CD-ROM.
• Les stratégies pour choisir la position d'un fichier incluent first-fit, next-fit, best-fit et worst-fit.
• First-Fit débute la recherche depuis le début, avance jusqu'au prochain segment libre et choisit ce segment s'il est assez grand.
• Next-Fit est identique à First-Fit, mais la recherche débute à partir de la position du dernier segment libre trouvé.
• Best-Fit place le fichier à l'endroit optimal (plus petit emplacement libre), mais est plus lent.
• Worst-Fit place le fichier dans le plus grand emplacement, mais est moins performant.

Implantation par liste chaînée

• Chaque fichier est considéré comme une liste chaînée de blocs.
• Les blocs de fichiers sont répartis sur le disque.
• L'avantage est l'absence de fragmentation de l'espace libre.
• Les inconvénients sont une lecture plus lente et plus complexe.
• Cette méthode utilise des octets dans chaque bloc pour indiquer le bloc suivant.
• Avec FAT, les pointeurs vers les blocs sont stockés dans une table (FAT), qui est mise en mémoire.
• L'avantage est qu'un bloc physique est entièrement disponible pour les données.
• L'inconvénient est que la taille de la table peut être considérable.
• Chaque fichier est associé à une structure de données appelée i-node, contenant les attributs et les adresses des blocs.
• L'avantage est que seuls les i-nodes des fichiers ouverts sont chargés en mémoire.
• La gestion de l'espace libre peut se faire par tableaux/chaînes de bits, où chaque bloc correspond à un bit (0 si libre, 1 sinon).
• Le problème est la taille du tableau ou de la chaîne.
• Alternativement, utiliser une liste chaînée.
• Il indique, pour chaque entrée, l'état du segment (libre ou occupé), l'adresse initiale du segment et sa taille.
• Les répertoires établissent une correspondance entre les fichiers logiques et physiques par le biais d'une table appelée répertoire.
• Un répertoire est constitué d'un ensemble d'entrées, chacune correspondant à un fichier.
• Une entrée contient le nom, le type, la localisation physique, la taille, le propriétaire et les protections du fichier.
• Les systèmes peuvent avoir différents niveaux de répertoires : un seul répertoire, deux niveaux (un répertoire racine par utilisateur) ou une structure hiérarchique (arborescence).

Répertoires et Liens

• La majorité des systèmes actuels utilisent les répertoires hiérarchiques.
• Il faut faire attention à la taille maximale du chemin absolu.
• Les liens sont utilisés pour partager des fichiers entre plusieurs utilisateurs.
• Un lien physique ajoute un nouveau nom qui pointe vers le même i-node, permettant plusieurs noms pour un seul fichier.
• L'i-node contient un compteur de liens (visible avec ls -l).
• Un lien symbolique est un fichier texte contenant le chemin d'accès menant au fichier cible, marqué par un type spécial (un '@' sous Linux).

Exemples de systèmes de fichiers

• L'Ext2 est l'Extended File System version 2
• Le premier bloc est le boot.
• Suivent des groupes de blocs, chacun contenant le superbloc, le descripteur de groupe, la table des i-nodes et les blocs de données.
• Les blocs varient en taille de 512o à 4096o.
• Chaque i-node fait 128 octets et contient le nom du fichier, le type, les droits, les heures d'accès et de modification, le nombre de liens, la taille, la liste de contrôle d'accès et la table d'adresses.
• La table d'adresses, avec des adresses sur 4 octets et 15 entrées, contient les 12 premiers blocs logiques et 3 niveaux d'indirection.
• Elle présente 15 entrées.
• Les 12 premières sont formées de blocs contenants les données logiques.
• Les 3 dernières présentent différents types de niveaux.
• Un i-node peut contenir l'adresse de 12 blocs de données.
• L'entrée n°13 contient l'adresse de la première indirection et les suivantes sont incrémentées par un niveau d'indirection.
• La taille maximale d'un fichier en adressage direct est 12 fois la taille du bloc.
• Si la taille est supérieure, on utilise une indirection.
• La première indirection est l'adresse d'un bloc contenant d'autres blocs de données.
• La deuxième contient les blocs de données de certains fichiers.
• La journalisation est utilisée car, en cas d’arrêt accidentel de la machine, il est possible que la structure de données ne puisse fonctionner car instable.
• Un journal est ajouté pour toutes les actions du système à venir, et en cas de problème, il suffira de le reprendre.

Ext3 et Ext4

• Ext3 ajoute la journalisation à Ext2, avec compatibilité entre les deux.
• Il est suffisant pour un poste client.
• Ext4 gère des disques jusqu'à 1024 x 2^50 octets, alloue les fichiers contigus pour minimiser la fragmentation et a une compatibilité limitée avec Ext3.
• NTFS est conçu pour Windows NT et signifie "New Technology File System".
• Les adresses de disques sont sur 64 bits.
• Les noms de fichiers sont limités à 255 caractères et les chemins complets à 32767 caractères.
• La casse est respectées les caractères Unicode peuvent être utilisés
• La taille des blocs varient de 512Ko et 64Ko (généralement 4Ko).
• Les fichiers et les répertoires sont des table d'enregistrements (MFT).
• Chaque fichier et répertoire possède une entrée de 1Ko.
• S'il y a plus d'attributs, le fichier et le répertoire sont en suite d'attributs.
• Si un attribut peut être stocké dans le MFT, il est dit résident : Date de création ou nom du fichier
• S'il n'est pas stocké, elle n'est pas dite résident.

MFT

• MFT sert pour la Master File Table.
• Chaque entrée de la MFT fait 1 Ko.
• Si le fichier est petit, celui-çi est intègre dans le MFT
• La MFT peut croitre jusqu'à 2^48 enregistrements
• Il peut être placé n'importe où sur le disque.
• NTFS prend en charge la compression de fichiers, répertoires et volumes.
• Cela à lieu par une lecture/écriture par n'importe quelle application sans une décompression par un autre programme
• L'algorithme de compression supportant le bloc de 4Ko maximum
• EFS (Encrypting File System) : NTFS5
• Permet l'accès aux fichiers
• Clé de cryptage symétrique + clés publiques.

Ce document décrit les différents types de supports de stockage, y compris les semi-conducteurs, les magnétiques et les optiques. Il explore également les niveaux de stockage tels que le stockage primaire, secondaire, tertiaire et hors ligne, en mettant en évidence leurs caractéristiques et leur accès.