Hệ Thống Tập Tin - VOER

Khái niệm tập tin

Các máy tính lưu trữ thông tin trên nhiều phương tiện lưu trữ khác nhau, như đĩa từ, băng từ, đĩa quang. Để hệ thống máy tính tiện dụng, hệ điều hành cung cấp một tầm nhìn luận lý không đổi của việc lưu trữ thông tin. Hệ điều hành trừu tượng từ các thuộc tính vật lý của các thiết bị lưu trữ của nó đến định nghĩa một đơn vị lưu trữ luận lý là tập tin (file). Tập tin được ánh xạ bởi hệ điều hành trên các thiết bị vật lý. Các thiết bị lưu trữ được dùng thường ổn định vì thế nội dung không bị mất khi mất điện hay khởi động lại hệ thống.

Một tập tin là một tập thông tin có liên quan được ghi trên thiết bị lưu trữ phụ. Từ quan điểm người dùng, một tập tin là phần nhỏ nhất của thiết bị lưu trữ phụ luận lý; nghĩa là dữ liệu không thể được viết tới thiết bị lưu trữ phụ trừ khi chúng ở trong một tập tin. Các tập tin dữ liệu có thể là số, chữ, ký tự số hay nhị phân. Các tập tin có thể có dạng bất kỳ như tập tin văn bản, hay có thể được định dạng không đổi. Thông thường, một tập tin là một chuỗi các bits, bytes, dòng hay mẫu tin,..được định nghĩa bởi người tạo ra nó. Do đó, khái niệm tập tin là cực kỳ tổng quát.

Thông tin trong một tập tin được định nghĩa bởi người tạo. Nhiều loại thông tin khác nhau có thể được lưu trữ trong một tập tin-chương trình nguồn, chương trình đối tượng, chương trình thực thi, dữ liệu số, văn bản, mẫu tin, hình ảnh đồ hoạ, âm thanh,..Một tập tin có một cấu trúc được định nghĩa cụ thể dựa theo loại của nó. Một tập tin văn bản là một chuỗi các ký tự được tổ chức thành những dòng. Một tập tin nguồn là một chuỗi các thủ tục và hàm, được tổ chức khi khai báo được theo sau bởi các câu lệnh có thể thực thi. Một tập tin đối tượng là một chuỗi các bytes được tổ chức thành các khối có thể hiểu được bởi bộ liên kết của hệ thống. Một tập tin có thể thực thi là một chuỗi các phần mã mà bộ nạp có thể mang vào bộ nhớ và thực thi.

Thuộc tính tập tin

Để tiện cho người dùng, một tập tin được đặt tên và được tham khảo bởi tên của nó. Một tên thường là một chuỗi các ký tự, thí dụ: example.c. Một số hệ thống có sự phân biệt giữa ký tự hoa và thường trong tên, ngược lại các hệ thống khác xem hai trường hợp đó là tương đương. Khi một tập tin được đặt tên, nó trở nên độc lập với quá trình, người dùng, và thậm chí với hệ thống tạo ra nó. Thí dụ, một người dùng có thể tạo tập tin example.c, ngược lại người dùng khác có thể sửa tập tin đó bằng cách xác định tên của nó. Người sở hữu tập tin có thể ghi tập tin tới đĩa mềm, gởi nó vào email hay chép nó qua mạng và có thể vẫn được gọi example.c trên hệ thống đích.

Một tập tin có một số thuộc tính khác mà chúng rất khác nhau từ một hệ điều hành này tới một hệ điều hành khác, nhưng điển hình chúng gồm:

• Tên (name): tên tập tin chỉ là thông tin được lưu ở dạng mà người dùng có thể đọc
• Định danh (identifier): là thẻ duy nhất, thường là số, xác định tập tin trong hệ thống tập tin; nó là tên mà người dùng không thể đọc
• Kiểu (type): thông tin này được yêu cầu cho hệ thống hỗ trợ các kiểu khác nhau
• Vị trí (location): thông tin này là một con trỏ chỉ tới một thiết bị và tới vị trí tập tin trên thiết bị đó.
• Kích thước (size): kích thước hiện hành của tập tin (tính bằng byte, word hay khối) và kích thước cho phép tối đa chứa trong thuộc tính này.
• Giờ (time), ngày (date) và định danh người dùng (user identification): thông tin này có thể được lưu cho việc tạo, sửa đổi gần nhất, dùng gần nhất. Dữ liệu này có ích cho việc bảo vệ, bảo mật, và kiểm soát việc dùng.

Thông tin về tất cả tập tin được giữ trong cấu trúc thư mục (directory) nằm trong thiết bị lưu trữ phụ. Điển hình, mục từ thư mục chứa tên tập tin và định danh duy nhất của nó. Định danh lần lượt xác định thuộc tính tập tin khác. Trong hệ thống có nhiều tập tin, kích thước của chính thư mục có thể là Mbyte. Bởi vì thư mục giống tập tin, phải bền, chúng phải được lưu trữ trên thiết bị và mang vào bộ nhớ khi cần.

Thao tác tập tin

Tập tin là kiểu dữ liệu trừu tượng. Để định nghĩa một tập tin hợp lý, chúng ta cần xem xét các thao tác có thể được thực hiện trên các tập tin. Hệ điều hành cung cấp lời gọi hệ thống để thực hiện các thao tác này

• Tạo tập tin: hai bước cần thiết để tạo một tập tin. Thứ nhất, không gian trong hệ thống tập tin phải được tìm cho tập tin. Thứ hai, một mục từ cho tập tin mới phải được tạo trong thư mục. Mục từ thư mục ghi tên tập tin và vị trí trong hệ thống tập tin, và các thông tin khác.
• Mở: trước khi mở tập tin, quá trình phải mở nó. Mục tiêu của việc mở là cho phép hệ thống thiết lập một số thuộc tính và địa chỉ đĩa trong bộ nhớ để tăng tốc độ truy xuất.
• Đóng: khi chấm dứt truy xuất, thuộc tính và địa chỉ trên đĩa không còn dùng nữa, tập tin được đóng lại để giải phóng vùng nhớ.
• Ghi: để ghi một tập tin, chúng ta thực hiện lời gọi hệ thống xác định tên tập tin và thông tin được ghi tới tập tin. Với tên tập tin, hệ thống tìm thư mục để xác định vị trí của tập tin. Hệ thống phải giữ một con trỏ viết tới vị trí trong tập tin nơi mà thao tác viết tiếp theo sẽ xảy ra. Con trỏ viết phải được cập nhật bất cứ khi nào thao tác viết xảy ra.
• Chèn cuối: giống thao tác ghi nhưng dữ liệu luôn được ghi vào cuối tập tin
• Đọc: để đọc từ một tập tin, chúng ta dùng lời gọi hệ thống xác định tên tập tin và nơi (trong bộ nhớ) mà khối tiếp theo của tập tin được đặt. Thư mục được tìm mục từ tương ứng và hệ thống cần giữ con trỏ đọc tới vị trí trong tập tin nơi thao tác đọc tiếp theo xảy ra.
• Xoá: để xoá một tập tin, chúng ta tìm kiếm thư mục với tên tập tin được cho. Tìm mục từ tương ứng, giải phóng không gian tập tin để không gian này có thể dùng lại bởi tập tin khác và xoá mục từ thư mục.
• Tìm: thư mục được tìm mục từ tương ứng và vị trí con trỏ hiện hành được đặt tới giá trị được cho
• Lấy thuộc tính: lấy thuộc tính tập tin cho quá trình
• Đổi tên: thay đổi tên tập tin đã tồn tại

Các kiểu tập tin

Khi thiết kế một hệ thống tập tin, chúng ta luôn luôn xem xét hệ điều hành nên tổ chức và hỗ trợ các kiểu tập tin nào. Nếu hệ điều hành nhận biết kiểu của một tập tin, nó có thể thao tác trên tập tin đó trong các cách phù hợp.

Một kỹ thuật chung cho việc cài đặt các kiểu tập tin là chứa kiểu đó như một phần của tên tập tin. Tên tập tin được chia làm hai phần-tên và phần mở rộng, thường được ngăn cách bởi dấu chấm. Trong trường hợp này, người dùng và hệ điều hành có thể biết kiểu tập tin là gì từ tên.

Các hệ điều hành thường hỗ trợ các kiểu tập tin sau:

• Tập tin thường: là tập tin văn bản hay tập tin nhị phân chứa thông tin của người sử dụng
• Thư mục: là những tập tin hệ thống dùng để lưu giữ cấu trúc của hệ thống tập tin
• Tập tin có ký tự đặc biệt: liên quan đến nhập/xuất thông qua các thiết bị nhập/xuất tuần tự như màn hình, máy in,..
• Tập tin khối: dùng để truy xuất trên thiết bị đĩa

Cấu trúc tập tin

Các kiểu tập tin cũng có thể được dùng để hiển thị cấu trúc bên trong của một tập tin. Ngoài ra, các tập tin cụ thể phải phù hợp cấu trúc được yêu cầu để hệ điều hành có thể hiểu. Một số hệ điều hành mở rộng ý tưởng này thành tập hợp các cấu trúc tập tin được hỗ trợ hệ thống, với những tập hợp thao tác đặc biệt cho việc thao tác các tập tin với những cấu trúc đó.

Các hệ điều hành thường hỗ trợ ba cấu trúc tập tin thông dụng là:

• Không có cấu trúc: tập tin là một dãy tuần tự các byte
• Có cấu trúc: tập tin là một dãy các mẫu tin có kích thước cố định
• Cấu trúc cây: tập tin gồm một cây của những mẫu tin không cần thiết có cùng chiều dài, mỗi mẫu tin có một trường khoá giúp việc tìm kiếm nhanh hơn