Bài giảng Hệ điều hành Linux - Chương 4: Hệ thống tập tin Linux - Lương Minh Huấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG TẬP TIN LINUX
(LINUX FILE SYSTEMS)
GV: LƯƠNG MINH HUẤN
NỘI DUNG
Khái niệm cơ bản của file systems
Các loại file systems của Linux
III. Các thao tác trên file systems
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
File system là các phương pháp và các cấu trúc dữ liệu mà
hệ điều hành sử dụng để theo dõi các tập tin trên ổ đĩa hoặc phân
vùng. Có thể tạm dịch file system là hệ thống tập tin.
Để một phân vùng hoặc một ổ đĩa có thể được sử dụng như một
thống tập tin, nó cần được khởi tạo và các cấu trúc dữ liệu của
hệ thống tập tin đó cần phải được ghi vào ổ đĩa. Quá trình
được gọi là tạo hệ thống tập tin.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
Phân biệt Partition và FileSystem:
 Đĩa cứng được chia thành những partittion
 Các partition được format với loại filesystem tương ứng giúp người
có thể lưu trữ dữ liệu
Hầu hết các loại hệ thống tập tin UNIX đều có cấu trúc chung
tương tự nhau, mặc dù các chi tiết cụ thể khác nhau khá nhiều.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
Filesystem có ba thành phần chính
 Superblock
 Inode
 Storageblock
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
Superblock là cấu trúc được tạo tại vị trí bắt đầu filesystem
Lưu trữ các thông tin:
 Kích thước và cấu trúc filesystem.
 Thời gian cập nhật filesystem cuối cùng.
 Thông tin trạng thái.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
Inode lưu những thông tin về tập tin và thư mục được
tạo trong filesystem. Mỗi tập tin tạo ra sẽ được phân
một inode lưu thông tin sau:
 Loại tập tin và quyền hạn truy cập.
 Người sở hữu tập tin.
 Kích thước và số hard link đến tập tin.
 Ngày và giờ chỉnh sửa tập tin lần cuối cùng.
 Vị trí lưu nội dung tập tin trong filesystem.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
Storageblock là vùng lưu dữ liệu thực sự của tập
và thư mục. Nó chia thành những datablock. Mỗi
block chứa 1024 ký tự.
 Data Block của tập tin thường lưu inode của tập tin và nội dung của
tin.
 Data Block của thư mục lưu danh sách những entry gồm inode number,
tên tập tin và những thư mục con.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
LOẠI FILESYSTEM:
Trong Linux tập tin dùng lưu trữ dữ liệu, bao gồm thư mục và
bị lưu trữ. Các tập tin trong Linux được chia làm 3 loại chính
 Tập tin dữ liệu: là dữ liệu lưu trữ trên các thiết bị như đĩa cứng.
 Thư mục: chứa thông tin những tập tin và thư mục con trong nó.
 Tập tin thiết bị: hệ thống Linux xem các thiết bị như là các tập
Ra vào dữ liệu trên các tập tin chính là ra vào cho thiết bị.
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA FILE SYSTEMS
 Tập tin liên kết: là tạo ra một tập tin thứ hai cho một tập tin.
Cú pháp : #ln [-s] 
Ví dụ: #ln /usr/bill/testfile /usr/tim/testfile
• Hard link file là hình thức tạo một hay nhiều file tạm có cùng nội
với file nguồn, các file này đều trỏ về cùng một địa chỉ lưu trữ
dung hay nói cách khác chúng có cùng idnode number. .
Symbolic link file là hình thức tạo một liên kết tạm dùng để trỏ
file nguồn, symbolic link giúp cho người quản trị có thể đơn giản
hóa các thao tác truy cập file hệ thống, bằng cách tạo ra liên kết
file trỏ về file hệ thống .
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
Một số hệ thống tập tin Linux hổ trợ:
 Ext
 Ext2
 Ext3
 Ext4
 BtrFS
 ReiserFS
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
EXT
Ext – Extended file system: là định dạng file hệ thống đầu
được thiết kế dành riêng cho Linux.
Có tổng cộng 4 phiên bản và mỗi phiên bản lại có 1 tính năng
bật.
Phiên bản đầu tiên của Ext là phần nâng cấp từ file
thống Minix được sử dụng tại thời điểm đó, nhưng lại không
ứng được nhiều tính năng phổ biến ngày nay.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
EXT2
Ext2 thực chất không phải là file hệ thống journaling, được
triển để kế thừa các thuộc tính của file hệ thống cũ, đồng thời
trợ dung lượng ổ cứng lên tới 2 TB.
Ext2 không sử dụng journal cho nên sẽ có ít dữ liệu được ghi vào
đĩa hơn.
Do lượng yêu cầu viết và xóa dữ liệu khá thấp, cho nên rất
hợp với những thiết bị lưu trữ bên ngoài như thẻ nhớ, ổ USB..
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
Journaling chỉ được sử dụng khi ghi dữ liệu lên ổ cứng và đóng
vai trò như những chiếc đục lỗ để ghi thông tin vào phân vùng.
Đồng thời, nó cũng khắc phục vấn đề xảy ra khi ổ cứng gặp
trong quá trình này, nếu không có journal thì hệ điều hành
không thể biết được file dữ liệu có được ghi đầy đủ tới ổ cứng
chưa.
Một filesystem sử dụng journaling cũng được gọi là hệ thống
tin journaling.
Một hệ thống tập tin journaling duy trì bản ghi, biên bản, về những
gì đã xảy ra trên hệ thống tập tin.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
EXT3
Ext3 về căn bản chỉ là Ext2 đi kèm với journaling.
Mục đích chính của Ext3 là tương thích ngược với Ext2, và do
những ổ đĩa, phân vùng có thể dễ dàng được chuyển đổi giữa 2
độ mà không cần phải format như trước kia. Tuy nhiên, vẫn
tồn tại những giới hạn của Ext2 trong Ext3, và ưu điểm
của Ext3 là hoạt động nhanh, ổn định hơn rất nhiều.
Không thực sự phù hợp để làm file hệ thống dành cho máy chủ
vì không hỗ trợ tính năng tạo disk snapshot và file được
phục sẽ rất khó để xóa bỏ sau này.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
EXT4
Ext4: cũng giống như Ext3, lưu giữ được những ưu điểm và
tương thích ngược với phiên bản trước đó.
Trên thực tế, Ext4 có thể giảm bớt hiện tượng phân mảnh dữ
trong ổ cứng, hỗ trợ các file và phân vùng có dung lượng lớn...
Thích hợp với ổ SSD so với Ext3, tốc độ hoạt động nhanh hơn
với 2 phiên bản Ext trước đó, cũng khá phù hợp để hoạt động
server, nhưng lại không bằng Ext3.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
BtrFS
BtrFS – thường phát âm là Butter hoặc Better FS, hiện tại
đang trong giai đoạn phát triển bởi Oracle và có nhiều tính năng
giống với ReiserFS.
Đại diện cho B-Tree File System, hỗ trợ tính năng pool trên
cứng, tạo và lưu trữ snapshot, nén dữ liệu ở mức độ cao, chống
phân mảnh dữ liệu nhanh chóng... được thiết kế riêng biệt dành
cho các doanh nghiệp có quy mô lớn
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
So sánh giữa BtrFS và EXT
 Sự khác biệt cơ bản nhất giữa ext và btrfs là với ext khi thay đổi
liệu của một tập tin thì dữ liệu cũ sẽ bị ghi đè, do đó để an
chúng ta cần copy dữ liệu cũ ra một vị trí mới để lưu dự phòng.
 Tuy nhiên đối với btrfs thì khi thay đổi dữ liệu của một tập tin thì
thống tự động tạo ra một bản sao của tập tin và ghi các thay đổi
bạn vào bản sao đó, rồi cập nhật con trỏ nội bộ đến vị trí bản sao
tạo ghi chú nhắc nhở xóa tập tin cũ sau một khoảng thời gian nào
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
 Ngoài ra btrfs còn hơn ext ở giới hạn dung lượng phân vùng và
lượng tập tin, ở ext chỉ hỗ trợ đến 1 exbibyte ( khoảng 1,152,921
terabytes ) dung lượng phân vùng và 16 tebibytes dung lượng tập
còn btrfs hỗ trợ dung lượng phân vùng là 16 exbibytes và
lượng tập tin cũng là 16 exbibytes.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
ReiserFS
ReiserFS: có thể coi là 1 trong những bước tiến lớn nhất của file
thống Linux, lần đầu được công bố vào năm 2001 với nhiều
năng mới mà file hệ thống Ext khó có thể đạt được.
Đến năm 2004, ReiserFS đã được thay thế bởi Reiser4 với nhiều
cải tiến hơn nữa. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu, phát
của Reiser4 khá “chậm chạp” và vẫn không hỗ trợ đầy đủ
thống kernel của Linux.
Đạt hiệu suất hoạt động rất cao đối với những file nhỏ như file
phù hợp với database và server email.
II. CÁC LOẠI FILE SYSTEMS CỦA LINUX
Ngoài ra, Linux còn hổ trợ khá nhiều hệ thống tập tin khác như
 XFS được phát triển bởi Silicon Graphics từ năm 1994 để hoạt 
động với hệ điều hành riêng biệt của họ, và sau đó chuyển sang 
Linux trong năm 2001.
 JFS được IBM phát triển lần đầu tiên năm 1990, sau đó chuyển 
sang Linux.
 ZFS hiện tại vẫn đang trong giai đoạn phát triển bởi Oracle với 
nhiều tính năng tương tự như Btrfs và ReiserFS
III. CÁC THAO TÁC TRÊN FILE SYSTEMS
Kiểm tra dung lượng ổ đĩa
Tạo phân vùng ổ cứng
Tạo file systems
Gắn kết file systems
Lệnh Chattr và Isattr
III.1 KIỂM TRA DUNG LƯỢNG Ổ ĐĨA
QUẢN LÝ DUNG LƯỢNG ĐĨA
 Để quản lý và theo dõi dung lượng đĩa ta có thể sử dụng nhiều
khác nhau, thông thường ta dùng hai lệnh df và fdisk.
Cú pháp: #df 
#fdisk 
Ví dụ:
III.1 KIỂM TRA DUNG LƯỢNG Ổ ĐĨA
 Để báo cáo lượng không gian trên đĩa được dùng bởi các tập tin và 
thư mục ta dùng lệnh du
 Cú pháp: #du 
 Ví dụ:
III.1 KIỂM TRA DUNG LƯỢNG Ổ ĐĨA
KIỂM TRA FILESYSTEM VỚI fsck
Cú pháp : #fsck 
Ví dụ : #fsck –V –a /
Bảng mô tả các tùy chọn:
Tùy chọn Mô tả
-A Duyệt khắp tập tin /etc/fstab và cố gắng kiểm tra tất cả các
hệ thống tập tin chỉ trong một lần duyệt.
-V Chế độ chi tiết. Cho biết lệnh fsck đang làm gì.
-t loại-fs Xác định loại hệ thống tập tin cần kiểm tra.
-a Tự động sửa chữa hệ thống tập tin mà không cần hỏi.
-l Liệt kê tất cả các tên tập tin trong hệ thống tập tin.
-r Hỏi trước khi sửa chữa hệ thống tập tin.
-s Liệt kê các superblock trước khi kiểm tra hệ thống tập tin.
III.2 TẠO PHÂN VÙNG Ổ CỨNG
Để kiểm tra xem một ổ cứng đã gắn vào máy tính của mình
chưa, ta dùng lệnh fdisk như sau:
fdisk –l
Khi đó, hệ thống sẽ báo ra có bao nhiêu ổ cứng, partition được
trên máy tính.
Ví dụ:
III.2 TẠO PHÂN VÙNG Ổ CỨNG
Để format partition, ta dùng lệnh:
Fdisk 
Ví dụ:
III.2 TẠO PHÂN VÙNG Ổ CỨNG
Khi đó, ta sẽ có
một số tùy chọn.
Tại đây, dựa trên
các tùy chọn, ta sẽ
lựa chọn để tạo ra
một partition phù
hợp.
III.3 TẠO FILE SYSTEMS
Sau khi thực hiện xong phân vùng ổ đĩa (format partition), ta vẫn
chưa sử dụng được ổ đĩa này. 
Để sử dụng được, ta cần phải format phân vùng này với một hệ
thống tập tin đã lựa chọn.
Dùng lênh mkfs để tạo file hệ thống
mkfs [option] Device name (partition)
Một số option thường dùng
 -t Chỉ định type cho file hệ thống. Nếu không chỉ định type thì mặc định 
sẽ dùng là ext2
Ví dụ: 
#mkfs.ext2 : định dạng partition theo loại ext2.
#mkfs.ext3 : định dạng partition theo loại ext3.
#mkfs –t ext2 /dev/hda1
III.3 TẠO FILE SYSTEMS
Ví dụ:
III.4 GẮN KẾT FILE SYSTEMS
Mount là một quá trình mà trong đó hệ điều hành làm cho các
tin và thư mục trên một thiết bị lưu trữ (như ổ cứng, CD-ROM
hoặc tài nguyên chia sẻ) có thể truy cập được bởi người dùng thông
qua hệ thống tập tin của máy tính.
uá trình mount bao gồm việc hệ điều hành được truy cập
phương tiện lưu trữ, công nhận, đọc và xử lý cấu trúc hệ thống
cùng với siêu dữ liệu trên nó, sau đó, đăng ký chúng vào thành
phần hệ thống tệp ảo (VFS).
Vị trí đăng ký trong VFS của phương tiện mới được mount
điểm mount. Đây là điểm mà người dùng có thể truy cập tập
thư mục của phương tiện sau khi quá trình mount hoàn thành.
III.4 GẮN KẾT FILE SYSTEMS
Ngược với mount là unmount, trong đó, hệ điều hành huỷ tất
quyền truy cập tập tin, thư mục của người dùng tại điểm mount,
ghi tiếp những dữ liệu người dùng đang trong hàng đợi vào
bị, làm mới siêu dữ liệu hệ thống tệp, sau đó, tự huỷ quyền
cập thiết bị và làm cho thiết bị có thể tháo ra an toàn.
Bình thường, khi tắt máy tính, mỗi thiết bị lưu trữ sẽ trải qua
trình unmount để đảm bảo rằng tất cả các dữ liệu trong hàng
được ghi và để duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc hệ thống tệp
các phương tiện.
MOUNT VÀ UMOUNT FILESYSTEM
Mount thủ công
Cú pháp : #mount –t 
Một số tùy chọn:
-v : chế độ chi tiết
-w: mount hệ thống tập tin với quyền đọc và ghi.
-r : mount hệ thống tập tin với quyền đọc.
-t loai-fs : xác định hệ thống tập tin đang mount : ext2, ext3, ...
-a : mount tất cả hệ thống tập tin khai báo trong /etc/fstab.
-o remount : chỉ định việc mount lại 1 filesystem nào đó.
Là thiết bị vật lý như
/dev/cdrom, /dev/fd0 
Là vị trí thư mục trong 
cây thư mục.
III.4 GẮN KẾT FILE SYSTEMS
 Mount tự động
Tập tin /etc/fstab liệt kê các hệ thống cần được mount tự động.
LABEL=/ / ext3 defaults 1 1
LABEL=/boot /boot ext3 defaults 1 1
None /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0
cột 1: chỉ ra thiết bị hoặc hệ thống tập tin cần mount
cột 2: xác định mount point
cột 3: chỉ ra loại filesystem như : vfat, ext2 
cột 4: các tùy chọn phân cách nhau bởi dấu phẩy.
cột 5: xác định thời gian để lệnh dump sao chép hệ thống tập tin.
cột 6: khai báo lệnh fsck biết thứ tự kiểm tra các hệ thống tập tin.
III.4 GẮN KẾT FILE SYSTEMS
III.4 GẮN KẾT FILE SYSTEMS
 Umount hệ thống tập tin
Cú pháp : #umount 
Ví dụ: Loại bỏ tất cả các filesystem đang mount
#umount -a
Lưu ý: umount không loại bỏ những hệ thống tập tin đang sử dụng
III.5 LỆNH CHATTR VÀ ISATTR
Các tập tin trên các hệ thống tập tin mở rộng, phổ biến của Linux
(như ext2, ext3, ext4 ) có thể được làm cho không thể chỉnh
bằng việc sử dụng 1 loại thuộc tính cụ thể.
Khi 1 tập tin ở trạng thái bất biến, không thể chỉnh
(immutable), bất cứ tài khoản người dùng nào cũng không thể
các tập tin này cho đến chi trạng thái bất biến này được loại
tập tin (kể cả tài khoản root)
III.5 LỆNH CHATTR VÀ ISATTR
Lệnh chattr có thể được dùng để làm cho tập tin không thể chỉnh 
sửa.
Một tập tin có thể được làm cho bất biến bằng việc sử dụng lệnh 
sau:
#chattr +i file
Để làm cho tập tin có thể chỉnh sửa trở lại, loại bỏ thuộc tính bất 
biến ra khỏi tập tin như sau:
#chattr -i file
III.5 LỆNH CHATTR VÀ ISATTR
Sử dụng lệnh lsattr để hiển thị thuộc tính của các tập tin nhị phân
trong hệ thống của bạn tại các vị trí như /bin, /sbin và /usr/bin,
ví dụ:
#lsattr /usr/bin