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Comprendre les systèmes de fichiers

août 2023
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Un système de fichiers est une structure utilisée par un système d’exploitation pour organiser et gérer les fichiers sur un appareil de stockage tel qu’un disque dur, un SSD ou une clé USB. Il définit la manière dont les données sont stockées, accessibles et organisées sur l’appareil de stockage. Les différents systèmes de fichiers présentent des caractéristiques variables et sont souvent spécifiques à certains systèmes d’exploitation ou appareils. Voici certains des systèmes de fichiers les plus courants, avec leurs avantages et leurs inconvénients.

FAT (File Allocation Table), FAT16, FAT32

FAT (File Allocation Table, Table d’allocation des fichiers) est l’un des systèmes de fichiers les plus anciens et les plus simples. Il a été initialement développé pour MS-DOS et est encore utilisé dans de nombreux appareils de stockage amovibles. Les deux principales versions de ce système sont FAT16 et FAT32. Le système FAT utilise une table d’allocation de fichiers pour garder une trace de l’emplacement des fichiers sur le disque. Toutefois, il ne dispose pas de certaines fonctions avancées telles que les autorisations de fichiers et la journalisation, ce qui le rend moins adapté aux systèmes d’exploitation modernes. Le système FAT 16 a été lancé en 1987 avec DOS 3.31, tandis que FAT32 a été lancé avec Windows 95 OSR2 (MS-DOS 7.1) en 1996.

Avantages :

  • Simplicité : Cette simplicité le rend facile à mettre en œuvre et à utiliser, ce qui le rend adapté aux appareils dont les ressources ou la compatibilité sont limitées.
  • Protection des données : En raison de leur structure simple, les systèmes de fichiers FAT sont relativement faciles à récupérer en cas de corruption ou de suppression accidentelle des données.
  • Compatibilité : Il peut être lu et écrit par les systèmes d’exploitation Windows, MacOS et Linux sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un logiciel tiers.

Inconvénients :

  • Fragmentation : La fragmentation se produit lorsque les données d’un fichier sont dispersées sur différentes parties du disque, ce qui réduit les performances. Une défragmentation régulière est nécessaire pour optimiser les performances du disque.
  • Absence de fonctionnalités avancées : La version la plus récente, FAT32, est dépourvue de plusieurs fonctions avancées que l’on trouve dans d’autres systèmes de fichiers. Elle ne prend pas en charge les autorisations de sécurité au niveau des fichiers, la journalisation, le chiffrement ou la compression.
  • Limitations des noms de volume : Les noms de volume pour FAT16 et FAT32 ne peuvent pas dépasser 11 caractères, et n’acceptent pas la plupart des caractères non alphanumériques.
  • Limitations des noms de fichiers : Dans un système de fichiers FAT16, les noms des fichiers ne peuvent pas dépasser les 8,3 caractères. Cela signifie 8 caractères plus une extension de fichier de 3 caractères.

exFAT (Extended File Allocation Table)

exFAT (Extended File Allocation Table, table d’allocation de fichiers étendue) est un système de fichiers introduit par Microsoft en tant que version améliorée de FAT32. Il répond à certaines des limitations de FAT32, en permettant des tailles de fichiers plus importantes et en offrant de meilleures performances. exFAT est couramment utilisé pour les appareils de stockage amovibles, tels que les SSD externes, les disques durs et les cartes SD, car il est compatible avec de nombreux systèmes d’exploitation. Il a été introduit pour la première fois en 2006 dans le cadre de Windows CE 6.0.

Avantages :

  • Prise en charge de fichiers et de partitions de grande taille : exFAT prend en charge des fichiers et des partitions de taille beaucoup plus importante que les systèmes de fichiers FAT. Il peut prendre en charge des fichiers de plus de 4 Go, ce qui le rend adapté au stockage de fichiers multimédias volumineux ou d’images de disque.
  • Utilisation efficace de l’espace disque : exFAT améliore l’utilisation de l’espace disque par rapport aux anciens systèmes de fichiers FAT. Il utilise des clusters de plus petite taille, ce qui réduit l’espace disque perdu pour les petits fichiers.
  • Compatibilité : Il peut être lu et écrit par les systèmes d’exploitation Windows et MacOS sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un logiciel tiers.

Inconvénients :

  • Prise en charge limitée des métadonnées : exFAT ne dispose pas de certaines fonctions avancées que l’on trouve dans d’autres systèmes de fichiers modernes. Il ne prend pas en charge les autorisations de sécurité au niveau des fichiers, la journalisation ou le chiffrement au niveau du système de fichiers.
  • Fragmentation : Comme les systèmes de fichiers FAT, l’exFAT est toujours sensible à la fragmentation. Au fur et à mesure que les fichiers sont créés, modifiés et supprimés, une fragmentation peut se produire, ce qui entraîne une baisse des performances au fil du temps.

NTFS (New Technology File System)

NTFS (New Technology File System, système de fichiers de nouvelle technologie) est le système de fichiers par défaut utilisé par les systèmes d’exploitation basés sur Windows NT, depuis 1993 avec Windows NT 3.1, jusqu’à Windows 11 inclus. Il offre des fonctionnalités avancées telles que les autorisations de fichiers, le chiffrement, la compression et la journalisation. NTFS prend en charge des fichiers et des partitions de grande taille, ce qui le rend adapté aux appareils de stockage modernes. Cependant, sa compatibilité avec les systèmes d’exploitation non Windows est limitée.

Avantages :

  • Sécurité et autorisations : NTFS offre un modèle de sécurité solide avec des autorisations au niveau des fichiers. Il permet de définir des autorisations pour des fichiers et des dossiers individuels, en contrôlant les droits d’accès des utilisateurs et des groupes.
  • Prise en charge du TRIM sur les SSD : Le TRIM informe le disque des données inutilisées, ce qui permet au SSD d’effacer et de préparer l’espace pour les écritures futures. Il est activé par défaut lorsque le système de fichiers NTFS est choisi pour maintenir ses performances.

Inconvénients :

  • Erreurs de disque et réparations : Bien que le système NTFS soit conçu pour être fiable, des erreurs de disque peuvent toujours se produire. En cas d’erreur de disque, les réparations NTFS peuvent prendre du temps et nécessiter des outils spéciaux.
  • Fragmentation : Au fil du temps, les systèmes de fichiers NTFS peuvent se fragmenter, en particulier lorsque des fichiers sont créés, modifiés et supprimés. La fragmentation peut entraîner une baisse des performances car le système doit accéder à des fragments de fichiers dispersés.

APFS (Apple File System)

APFS (Apple File System, système de fichiers Apple) est un système de fichiers développé par Apple pour macOS, iOS et d’autres appareils Apple. Il est conçu pour optimiser les performances et la compatibilité avec le matériel et les logiciels Apple. APFS comprend des fonctionnalités telles que le clonage, le chiffrement au niveau des fichiers et l’amélioration des performances sur les SSD. Il a été introduit avec macOS 10.13 en 2017.

Avantages :

  • Amélioration des performances : APFS offre des performances améliorées par rapport à son prédécesseur, HFS+. Il utilise des techniques telles que la copie sur écriture, le partage d’espace et la gestion optimisée des métadonnées pour améliorer les vitesses de lecture et d’écriture.
  • Sécurité des données : APFS intègre des fonctions d’intégrité des données telles que des sommes de contrôle pour les métadonnées et le contenu des fichiers. Cela permet de détecter et de prévenir la corruption des données. Il prend également en charge le chiffrement natif, ce qui permet aux utilisateurs de chiffrer leurs données à ce niveau, ce qui améliore la sécurité et protège les informations sensibles.

Inconvénients :

  • Prise en charge du TRIM sur les SSD : Bien qu’APFS prenne en charge les commandes trim pour les SSD, il peut ne pas être aussi efficace que d’autres systèmes de fichiers. Le trim est chargé d’optimiser les performances et la durée de vie des SSD en gérant efficacement les blocs de données.
  • Compatibilité avec les logiciels tiers : Certains logiciels ou utilitaires tiers plus anciens peuvent ne pas totalement prendre en charge APFS, ou présenter des limitations lorsqu’ils travaillent avec des disques formatés. Il est important de s’assurer que les logiciels ou outils importants sont compatibles avec APFS avant de passer à ce système de fichiers.
  • APFS ne peut être lu ou écrit par un PC Windows sans logiciel tiers.

HFS, HFS+ (Hierarchical File System)

HFS (Hierarchical File System, système de fichiers hiérarchiques) était le système de fichiers initialement utilisé par les ordinateurs Apple. Il a depuis été remplacé par HFS+ et APFS. HFS utilise une structure de répertoire hiérarchique et prend en charge des fonctionnalités telles que les métadonnées et les fourchettes de ressources pour le stockage d’informations supplémentaires sur les fichiers. Il est compatible avec les anciens systèmes Mac. HFS a été introduit en 1986 avec le système 2.1 pour le Mac Plus. HFS+ a été introduit en 1998 avec Mac OS 8.1 et remplacé par APFS en 2019 avec macOS 10.15.

Avantages :

  • Simplicité : HFS présente une structure relativement simple et directe, ce qui le rend facile à mettre en œuvre et à comprendre.
  • Prise en charge des métadonnées : HFS a introduit le concept de métadonnées, lequel permet le stockage d’informations supplémentaires sur les fichiers, telles que les dates de création et de modification, le type de fichier et les fourchettes de ressources.

Inconvénients :

  • Absence de fonctionnalités avancées : HFS est dépourvu de plusieurs fonctions avancées que l’on trouve dans les systèmes de fichiers plus modernes. Il ne prend pas en charge les autorisations de sécurité au niveau des fichiers, la journalisation, la compression des fichiers ou le chiffrement.
  • Prise en charge limitée de la taille des fichiers et des partitions : Le système HFS est limité en ce qui concerne la taille des fichiers et des partitions. Il peut gérer des fichiers d’une taille maximale de 2 Go et prend en charge des partitions d’une taille maximale de 2 To.
  • Les fichiers sont corrompus en dehors du système de fichiers : Lorsque certains types de fichiers (en particulier ceux sans extension de fichier) sont copiés de HFS ou HFS + vers la plupart des autres systèmes de fichiers répertoriés ici, la fourchette de ressource n’est pas incluse, ce qui rend les fichiers copiés illisibles s’ils sont réintroduits dans HFS, à moins qu’ils ne soient d’abord archivés au format .zip ou .sit.

Ext4 (Fourth Extended File System)

Système de fichiers largement utilisé dans le système d’exploitation Linux. Il succède à Ext3 et offre plusieurs améliorations en termes de performances, d’évolutivité et de fiabilité. Ext4 est le système de fichiers par défaut de nombreuses distributions Linux. Il a été introduit pour la première fois en 2003.

Avantages :

  • Journalisation : Le journal conserve la trace des modifications avant qu’elles ne soient validées sur le disque, ce qui permet une récupération plus rapide en cas de panne de courant ou de défaillance du système. Il réduit le risque de corruption des données et garantit l'uniformité du système de fichiers.
  • Augmentation de la taille des fichiers et des partitions : Ext4 prend en charge des tailles de fichiers et de partitions beaucoup plus importantes que ses prédécesseurs.

Inconvénients :

  • Fragmentation : Comme la plupart des systèmes de fichiers, Ext4 est sensible à la fragmentation. Au fil du temps, lorsque des fichiers sont créés, modifiés et supprimés, une fragmentation peut se produire, entraînant une baisse des performances.
  • Évolutivité limitée : Bien qu’Ext4 prenne en charge des tailles de fichiers et de partitions plus importantes que ses prédécesseurs, il présente certaines limites en termes d’évolutivité extrême.

Les systèmes de fichiers sont des composants essentiels des systèmes informatiques. Ils constituent la base de l’organisation, du stockage et de l’extraction des données et garantissent un fonctionnement sans faille. Au fur et à mesure des progrès technologiques, les systèmes de fichiers continueront d’évoluer, en s’adaptant aux besoins de stockage et en améliorant les capacités de gestion des données.

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