Systèmes de fichiers et stockage

Définition

Un système de fichiers organise le stockage persistant : nommage, structure arborescente, métadonnées (permissions, dates, propriétaires), allocation d'espace, intégrité. Le choix impacte performance, fiabilité, compatibilité et fonctionnalités.

Linux : systèmes de fichiers natifs

ext4 (standard actuel)

• Journalisé (métadonnées, optionnel données)
• Étendus (extents) : blocs contigus → moins fragmentation, gros fichiers
• Taille max : 1 EiB (fs), 16 TiB (fichier) — selon taille bloc
• mkfs.ext4 /dev/sdX, tune2fs -l /dev/sdX (infos), e2fsck (réparation)
• Défaut la plupart distributions

XFS (haute performance, gros volumes)

• Journalisé, allocation différée, B+ trees
• Parallélisme E/S excellent, agrandissement à chaud (xfs_growfs)
• Pas de réduction (shrink) possible
• Taille max : 8 EiB
• Défaut RHEL/CentOS 7+, adapté bases de données, médias

Btrfs (fonctionnalités avancées)

• Copy-on-Write (CoW), snapshots, compression (zstd/lzo), déduplication
• RAID natif (0,1,10,5,6), sous-volumes, quotas, auto-guérison (checksums)
• btrfs subvolume create, btrfs snapshot, btrfs balance
• Attention : RAID 5/6 encore expérimental, fragmentation CoW

ZFS (enterprise, intégrité maximale)

• Pools (zpool) : disques, miroirs, RAID-Z (1/2/3 = 1/2/3 parités)
• CoW, checksums bout-en-bout, snapshots instantanés, clones, compression, déduplication
• ARC (cache RAM adaptatif), L2ARC (SSD), SLOG (ZIL sur SSD)
• zfs create, zfs snapshot, zfs send/receive (réplication)
• Licence CDDL → pas dans noyau Linux (module DKMS / ZFS on Linux)

Autres

• FAT32/exFAT : compatibilité universelle (clés USB, cartes SD), pas permissions, limite fichier 4 Go (FAT32)
• NTFS : Windows natif, Linux via ntfs-3g (FUSE) ou ntfs3 (noyau 5.15+)
• Swap : partition/fichier dédié, mkswap, swapon, priorité multiple

Windows : NTFS, ReFS, FAT/exFAT

NTFS (New Technology File System)

• Journalisé (MFT $LogFile), ACL fines, compression, chiffrement EFS, quotas, liens durs/réparse points
• Taille max : 256 To (Windows 10/11, Server 2016+), 16 To (anciens)
• chkdsk /f /r, fsutil fsinfo ntfsinfo C:
• Attributs : lecture seule, caché, système, archive, compressé, chiffré, non indexé, sparse, réparse

ReFS (Resilient File System)

• Intégrité checksums, auto-réparation (si miroir Stockage Spaces), pas de chkdsk nécessaire
• Block cloning (copie instantanée VHDX), Tiering (SSD+HDD), accélération VDI
• Pas : compression, chiffrement EFS, quotas, liens durs, noms courts 8.3
• Windows Server, Workstation Pro/Enterprise (formater via PowerShell Format-Volume -FileSystem ReFS)

FAT32 / exFAT

• FAT32 : 4 Go max fichier, 2 To max volume, universel (caméras, consoles, BIOS)
• exFAT : pas limite 4 Go, >2 To, licences Microsoft, support macOS/Windows/Linux (noyau 5.4+)

Stockage bloc vs fichier vs objet

Type	Accès	Cas d'usage	Exemples
Bloc	Bas niveau (blocs 512o/4Ko)	Disques VM, bases de données, boot	iSCSI, Fibre Channel, NVMe-oF, disque local
Fichier	Chemin hiérarchique (NFS, SMB)	Partages utilisateurs, home dirs, médias	NFSv4, SMB3, Azure Files, AWS EFS
Objet	API REST (PUT/GET), métadonnées riches	Sauvegarde, archive, distribution contenu, cloud natif	S3, Swift, Azure Blob, GCS, MinIO

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

Niveau	Description	Redondance	Capacité utile	Performance	Cas d'usage
RAID 0	Striping	Aucune	N × disque	+++ Lecture/Écriture	Temporaire, cache, non critique
RAID 1	Miroir	1 disque	1 disque	+ Lecture, = Écriture	OS, critique, 2 disques
RAID 5	Parité distribuée	1 disque	(N-1) × disque	++ Lecture, + Écriture	Généraliste, 3+ disques
RAID 6	Double parité	2 disques	(N-2) × disque	++ Lecture, + Écriture	Archive, gros volumes, 4+ disques
RAID 10	Miroirs stripés	1 par miroir	N/2 × disque	+++ Lecture/Écriture	Bases de données, haute dispo
RAID-Z1/2/3	ZFS équivalent RAID 5/6	1/2/3	Variable	Optimisé ZFS	ZFS pools

• Matériel : carte RAID (BBU/FBWC), transparent OS
• Logiciel : mdadm (Linux), Stockage Spaces (Windows), ZFS/Btrfs natifs
• Faux RAID (BIOS/UEFI) : évité en production

LVM (Logical Volume Manager) — Linux

• Couche abstraction : PV (Physical Volume) → VG (Volume Group) → LV (Logical Volume)
• Redimensionnement à chaud (extend), snapshots, migration (pvmove), stripes, mirrors
• pvcreate, vgcreate, lvcreate -L 20G -n data vg0, lvextend -L +10G /dev/vg0/data, resize2fs
• Thin provisioning : lvcreate -V 100G -T vg0/pool -n thinvol

Stockage Spaces (Windows) / Storage Spaces Direct (S2D)

• Pool de disques physiques → Espaces de stockage (Simple, Miroir, Parité, Double parité)
• Thin provisioning, tiers (SSD+HDD), résilience, régénération auto
• S2D : cluster hyper-convergé, CSV (Cluster Shared Volumes), RDMA, NVMe
• New-StoragePool, New-VirtualDisk, Get-StorageJob

Surveillance et maintenance

• SMART : smartctl -a /dev/sdX (Linux), CrystalDiskInfo (Windows) — santé disque
• Espace disque : df -h, du -sh *, ncdu (Linux) ; Get-Volume, Get-PSDrive (PowerShell)
• I/O : iostat -xz 1, iotop (Linux) ; Resource Monitor, Get-Counter "\LogicalDisk(*)\% Disk Time" (Windows)
• Intégrité FS : fsck / e2fsck / xfs_repair / btrfs check / zfs scrub (Linux) ; chkdsk, ReFS auto-réparation (Windows)