Qu'est-ce qu'un système de fichiers ?

[Raccoon]

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Un sacré bazar

Le système de fichiers est l’un de ces multiples éléments invisibles qui permettent à un appareil disposant d’un stockage de fonctionner. Mais en quoi consistent-ils ? Quelles sont leurs fonctions ? Ont-ils évolué ? Voici l’essentiel de ce qu’il faut savoir sur le sujet.

Un système de fichiers s’intercale entre le système d’exploitation et le matériel. On le définit habituellement comme un système de classement des données, ce qui suppose que tout a été pensé : la structure des informations, leur organisation, la manière dont l’écriture et la modification vont se faire, ce qui se passe en cas de suppression, etc.

Surtout, un système de fichiers – que l’on retrouve souvent sous le sigle anglais FS, pour file system – va permettre à une personne d’accéder à ses données. Et non seulement elle doit pouvoir y accéder, mais cette livraison d’informations doit se faire le plus vite possible.

La question des performances est certes importante, mais pas nécessairement prioritaire. Comme on le verra, il existe des systèmes spécialisés ayant des spécificités, par exemple sur l’intégrité ou la sécurité des données. En outre, certains sont propriétaires, d’autres libres, avec parfois des questions de redevance, comme ce fut le cas pour exFAT jusqu’en 2019.

Mais avant d’aller plus loin, revenons aux bases.

Lire notre dossier sur les systèmes de fichiers :

• | Qu’est-ce qu’un système de fichiers ?
• | Systèmes de fichiers : FAT12 à 32 et exFAT, conçus pour le grand public
• | Systèmes de fichiers : NTFS et ReFS, pensés d’abord pour l’entreprise
• | Systèmes de fichiers : de HFS et ses évolutions à APFS chez Apple
• | Systèmes de fichiers : ext4 et Btrfs, les « frères ennemis » du monde Linux

Et la mémoire de masse fut

Si l’on pouvait, toutes les données seraient dans la mémoire vive. Les opérations y sont bien plus rapides. Pour des questions évidentes de coût, ce n’est pas possible. Il faut donc un autre type de stockage, une mémoire persistante, secondaire, dans lequel on va pouvoir entreposer la masse toujours croissante de données pour y accéder en cas de besoin.

Pour résumer à grands traits, ce fut le rôle des disquettes, puis des disques durs et plus récemment des SSD (ainsi que des CD, DVD et autres). La technologie utilisée n’a pas d’importance ici, on retiendra surtout ceci : pour gérer ces grands espaces, il fallait une organisation capable de répondre à tous les scénarios. En plus des éléments cités plus haut, un « FS » s’occupe ainsi de la convention de nommage, c’est-à-dire la manière dont sont nommés les fichiers. Les permissions, règles d’accès, quotas, privilèges ou encore les métadonnées sont aussi de son ressort.

• | L’extraordinaire évolution du stockage

C’est donc une composante primordiale d’un appareil et l’une des plus discrètes. L’analogie la plus simple est celle d’une grande salle d’archivage. Et qui dit archivage dit index, pour retrouver les documents dès que l’on en a besoin.

Dans la grande majorité des cas, on parle donc de fichiers et de dossiers comme organisation élémentaire, ce qui apparaît devant nos yeux comme des arborescences de dossiers dans le gestionnaire de fichiers du système d’exploitation. Il s’agit d’une vue abstraite et on ne la voit pas toujours, car tous les appareils ne laissent pas forcément un accès direct à cette structure. Un exemple ? iOS ne le permettait pas avant sa version 11 et l’apparition de Fichiers.

Sachez d’ailleurs que les dossiers n’ont pas existé tout de suite. Chez Microsoft par exemple, ils sont arrivés avec MS-DOS 2.0.

Le lien avec le matériel

De nombreux utilisateurs connaissent bien l’expression « formater » un disque. Pour beaucoup, c’est le synonyme de « tout effacer et recommencer », avec l’installation d’un système d’exploitation neuf. Ce n’est toutefois pas le sens premier du verbe, mais sa conséquence.

« Formater » signifie littéralement « mettre au format ». C’est l’action qui consiste à établir sur le disque de stockage la structure qui va ensuite accueillir les informations. Parmi les caractéristiques de ce format, on retrouve notamment la taille du bloc, c’est-à-dire la taille de la plus petite unité que le FS va gérer.

À la manière d’une HAL (hardware abstraction layer), le système de fichiers est une abstraction du matériel. Les utilisateurs interviennent très peu souvent sur la taille des blocs (appelés clusters en anglais). Le cas le plus fréquent est sans doute le formatage d’une clé USB. Sous Windows par exemple, le choix par défaut est la FAT32, qui propose des blocs de 16 ko. Mais on peut également la formater en NTFS ou exFAT, qui donnent respectivement des blocs de 4 ou 32 ko par défaut. Dans tous les cas, le panneau Formater permet de choisir une autre taille.

La taille de ces blocs a une importance capitale et celle par défaut l’est parce qu’elle représente le meilleur compromis entre performances et consommation de l’espace. Elle peut changer également en fonction de l’espace adressé. Avec NTFS par exemple, la taille par défaut est de 4 ko, mais elle est de 2 ko pour les espaces de moins de 2 Go et de 8 ko pour 16 To ou plus.

Pour comprendre l’importance d’un bloc, gardons l’exemple du NTFS et de ses blocs de 4 ko. Si vous avez un petit fichier de 1 ko, il occupera un bloc, ce qui représente 3 ko « perdus », mais qui seront utilisés si le fichier grossit. Si vous avez un fichier de 11 ko, il utilisera trois blocs : deux complets et un troisième rempli aux trois quarts (3 ko utilisés sur 4 disponibles). Un fichier occupera toujours un nombre entier de blocs.

Selon le système de fichiers et avec le temps, les données peuvent être écrites « là où il y a de la place ». Les blocs d’un fichier peuvent donc être situés aux quatre coins d’un disque, phénomène que l’on nomme fragmentation et qui a fait les beaux jours de certains outils à une époque. Pour un disque dur, c’était un vrai problème : la tête de lecture devait se balader un peu partout pour recoller les morceaux, faisant baisser les performances générales. Un problème en grande partie révolu avec les SSD.

De manière générale, la taille des blocs grandit avec l’espace à adresser, que l’on appelle le plus souvent partition ou volume en fonction des cas (mais ce n’est pas toujours si simple). Il y a toutefois des exceptions. L’exFAT a ainsi des blocs de 32 ko parce qu’elle a été spécifiquement conçue pour les cartes SD des appareils photo numériques. Les photos sont souvent des tailles importantes et des petits blocs ne sont pas nécessaires.

On en revient donc au compromis. Une grande taille de bloc permettra une écriture plus rapide des données puisque le nombre de blocs à gérer pour un gros fichier sera plus petit, avec une fragmentation nécessairement plus faible. En revanche, si l’on utilise souvent des petits fichiers, l’espace perdu sera plus important. Une problématique que nous avons déjà abordée avec la taille des blocs « physiques » des disques durs (512 o ou 4 ko).

Il faut donc bien distinguer deux choses. D’un côté l’écriture « logique » quand le système d’exploitation place les données sur la partition, avec son système de fichier. De l’autre, l’écriture physique quand le périphérique de stockage place les données sur ses plateaux.

• | Composition, technologies et fonctionnalités : on vous dit tout du disque dur moderne

Partition et volume, sans musique

[…]

Source : nextinpact.com

[Hadès]

@Raccoon que de souvenir a defragmenter mon DD ^^

Merci pour ces infos j’ai appris pas mal de chose

[Raccoon]

@Hadès sous XP et même Vista il me semble, c’était une sacrée plait. Avec Windows 7 c’est devenu automatique et ça marche plutôt bien.

D’autres topics sur les systèmes de fichiers sont prévus dans les jours qui viennent.

[Hadès]

@Raccoon oui c’est vrai mais ça m’eclaté de voir les carrés se ranger en ordre ^^

Après t’avais l’impression d’avoir un pc tout nickel mais en fait nan ^^

[Raccoon]

@Hadès c’est vrai que l’animation donnait une impression de rangement, de gain de stabilité et gain de vitesse alors que dans les faits ça améliorait un peu les choses sans non plus faire de miracle.

[mekas]

Je regrette aussi beaucoup le charme hypnotique du défragmenteur de W 98. Mais je me dis que ce qui avait un charme fou avec un DD de 200 Mo doit devenir un cauchemar total avec un DD de 6 To !