Partition là gì? Cách phân vùng ổ đĩa hoạt động và cách quản lý

Partition (phân vùng) là một vùng trên ổ đĩa được hệ điều hành nhận diện và quản lý như một đơn vị riêng. Chia phân vùng giúp tách hệ điều hành với dữ liệu và kiểm soát dung lượng tốt hơn, nhưng không thay thế được backup. Trong bài viết này, Viettel IDC giải thích cách partition hoạt động, khác biệt giữa MBR và GPT, cách quản lý phân vùng trên máy chủ cloud, đồng thời làm rõ nghĩa của partition trong cơ sở dữ liệu.

Partition là gì?

Về mặt kỹ thuật, mỗi partition là một dải block liên tục trên ổ đĩa vật lý hoặc ổ ảo. Vị trí bắt đầu, kích thước và loại của phân vùng được ghi trong bảng phân vùng, nhờ đó hệ điều hành biết vùng nào thuộc phân vùng nào. Thông thường, mỗi phân vùng được định dạng với một hệ thống tệp riêng.

Ví dụ, ổ /dev/sda của một máy chủ Linux có thể được chia thành /dev/sda1 dành cho dữ liệu khởi động và /dev/sda2 dành cho hệ điều hành. Trên Windows, volume chứa hệ điều hành thường được gán ký tự C: và nằm trên một phân vùng riêng.

Chữ partition còn mang nghĩa khác ở một số lĩnh vực. Trong cơ sở dữ liệu, partition là một phần của bảng lớn được chia theo partition key, trình bày ở phần sau. Trong Apache Kafka, partition là một log có thứ tự thuộc một topic. Còn network partition là sự cố khiến các node của hệ phân tán mất liên lạc với nhau, không phải một cách tổ chức dữ liệu.

Partition ổ đĩa hoạt động như thế nào?

Bảng phân vùng, phân vùng và hệ thống tệp

Một ổ đĩa mới, dù là ổ vật lý hay ổ ảo gắn vào cloud server, chỉ là một dải block liên tục. Khi ổ được chia phân vùng, mô hình tổ chức thường gặp gồm ba lớp:

- Bảng phân vùng (partition table): ghi vị trí bắt đầu, vị trí kết thúc và loại của từng phân vùng.

- Phân vùng: vùng block có ranh giới được xác định trong bảng phân vùng. Ranh giới này có thể thay đổi bằng công cụ phù hợp.

- Hệ thống tệp (file system): cấu trúc như NTFS, ext4 hoặc XFS được tạo khi định dạng phân vùng, quyết định cách tệp và thư mục được lưu.

Sau khi định dạng, hệ thống tệp được gán ký tự ổ trên Windows hoặc gắn (mount) vào một thư mục trên Linux. Phân vùng cũng không phải điều kiện bắt buộc: hệ thống tệp có thể được tạo trực tiếp trên toàn bộ thiết bị block hoặc trên logical volume của LVM, ví dụ với ổ dữ liệu gắn thêm vào máy chủ.

MBR và GPT khác nhau thế nào?

MBR và GPT là hai kiểu bảng phân vùng, không phải hai loại phân vùng. Mỗi ổ đĩa dùng một trong hai kiểu này, và lựa chọn đó ảnh hưởng đến số phân vùng, dung lượng sử dụng được và cách máy khởi động.

Có hai chi tiết thường bị bỏ qua. Thứ nhất, sector đầu của ổ GPT chứa một protective MBR, giúp công cụ chỉ hiểu MBR nhận ra ổ đã được sử dụng thay vì coi là ổ trống. Thứ hai, GPT và UEFI không phải là một. Windows chỉ khởi động từ ổ GPT trên hệ thống UEFI, nhưng ổ GPT dùng để chứa dữ liệu thì không phụ thuộc vào firmware. Trên Linux, GRUB vẫn có thể khởi động ổ GPT trên BIOS nếu có một BIOS boot partition.

Các loại partition thường gặp

Primary, Extended và Logical

Ba loại này chỉ có trong mô hình MBR. Primary partition được ghi trực tiếp trong bảng phân vùng, còn extended và logical partition cho phép tạo thêm phân vùng ngoài giới hạn bốn mục của bảng này.

- Primary partition: phân vùng chính, được ghi trực tiếp vào một trong 4 mục của bảng phân vùng.

- Extended partition: một mục đặc biệt đóng vai trò vùng chứa, không lưu dữ liệu trực tiếp. Mỗi ổ chỉ có một extended partition.

- Logical partition: phân vùng nằm bên trong extended partition, dùng để lưu dữ liệu như primary.

Vì vậy, một ổ MBR thường có tối đa 4 primary, hoặc 3 primary cộng 1 extended chứa nhiều logical. Khả năng khởi động hệ điều hành từ logical partition phụ thuộc vào hệ điều hành và bootloader. Trên ổ GPT, không có khái niệm extended hay logical: mọi phân vùng đều ngang hàng.

Các phân vùng hệ thống trên máy hiện đại

Khi cài hệ điều hành, trình cài đặt thường tự tạo thêm một số phân vùng không có ký tự ổ:

- EFI System Partition (ESP): chứa bootloader cho hệ thống khởi động bằng UEFI, định dạng FAT.

- Microsoft Reserved Partition (MSR): phân vùng dành riêng mà Windows tạo trên ổ GPT, không chứa dữ liệu người dùng.

- Recovery partition: chứa môi trường khôi phục, ví dụ Windows Recovery Environment.

- BIOS boot partition: phân vùng rất nhỏ, không có hệ thống tệp, GRUB dùng khi khởi động ổ GPT trên BIOS.

- Swap partition: vùng Linux dùng làm bộ nhớ ảo khi RAM không đủ.

Không nên xóa các phân vùng này chỉ vì chúng không hiển thị trong File Explorer. Thao tác đó có thể khiến máy không khởi động được hoặc mất khả năng khôi phục hệ thống.

Partition ổ đĩa dùng để làm gì và giới hạn cần biết

Lợi ích thực tế

Giá trị lớn nhất của partition là tạo ranh giới quản trị giữa các nhóm dữ liệu. Trên máy chủ và máy trạm, các lợi ích thường gặp gồm:

- Tách hệ điều hành và dữ liệu: có thể cài lại hoặc khôi phục hệ điều hành mà không phải định dạng phân vùng chứa dữ liệu.

- Cô lập dung lượng: trên Linux, đặt /var/log hoặc thư mục dữ liệu ứng dụng ở phân vùng riêng giúp log phình to không làm đầy phân vùng gốc.

- Tùy chọn mount riêng: mỗi hệ thống tệp có thể được mount với tham số khác nhau, chẳng hạn chỉ đọc (ro) hoặc không cho bit setuid/setgid có hiệu lực (nosuid).

- Dùng nhiều hệ thống tệp: mỗi phân vùng có thể dùng hệ thống tệp phù hợp với khối lượng công việc của nó.

- Chạy nhiều hệ điều hành: mỗi hệ điều hành nằm trên phân vùng riêng của cùng một ổ đĩa (multi-boot).

Những điều partition không làm được

Partition là ranh giới logic, không phải ranh giới vật lý. Các phân vùng trên cùng một ổ đĩa vẫn chung rủi ro khi ổ hỏng, khi bảng phân vùng bị ghi đè hoặc khi máy bị mã độc mã hóa dữ liệu. Vì vậy, chia ổ đĩa không thay thế backup, cũng không thay thế RAID hay replication.

Partition cũng không mặc định giúp máy chạy nhanh hơn. Trên SSD, vị trí dữ liệu không ảnh hưởng tốc độ truy cập như trên ổ cơ, nên lợi ích hiệu năng của việc chia phân vùng thường không rõ rệt.

Ngoài ra, kích thước phân vùng có thể thay đổi sau khi tạo, nhưng việc thu nhỏ hoặc mở rộng phân vùng đang chứa dữ liệu tốn công và có rủi ro. Vì vậy, chia sai ngay từ đầu sẽ gây khó khăn khi vận hành. Đây là lý do nhiều máy chủ Linux dùng LVM đặt phía trên partition để thay đổi dung lượng linh hoạt hơn.

Kiểm tra và quản lý partition trên Windows, Linux và cloud server

Công cụ theo hệ điều hành

Mỗi hệ điều hành có công cụ riêng để xem và thay đổi phân vùng:

- Windows: Disk Management có giao diện đồ họa. diskpart và PowerShell (Get-Disk, Get-Partition) phù hợp khi cần thao tác bằng dòng lệnh hoặc viết script.

- Linux: lsblk cho cái nhìn nhanh về quan hệ giữa ổ đĩa, phân vùng và mount point. fdisk, gdisk và parted dùng để tạo hoặc sửa phân vùng; GParted là lựa chọn có giao diện đồ họa.

- macOS: Disk Utility hoặc lệnh diskutil. Lưu ý APFS dùng mô hình container chứa nhiều volume chia sẻ chung dung lượng, khác với cách chia phân vùng kích thước cố định truyền thống.

Mở rộng ổ đĩa trên cloud server

Sau khi tăng dung lượng ổ ảo trên trang quản trị của nhà cung cấp, hệ điều hành chưa chắc đã dùng được ngay phần dung lượng mới. Một số image có cloud-init tự mở rộng phân vùng gốc và hệ thống tệp khi khởi động. Với ổ dữ liệu hoặc image không có cơ chế này, quản trị viên cần mở rộng thủ công, vì vậy luôn nên kiểm tra lại dung lượng bên trong hệ điều hành.

Trước khi thao tác, nên tạo snapshot hoặc bản backup. Sau đó, chạy lsblk và df -Th để xác định ổ có phân vùng hay không, có dùng LVM hay không và hệ thống tệp thuộc loại nào. Thứ tự xử lý phụ thuộc vào cấu trúc này:

Một phân vùng chỉ mở rộng được khi ngay phía sau nó có vùng dung lượng chưa phân bổ. Vì vậy, tăng dung lượng ổ ảo không có nghĩa mọi phân vùng trên ổ đều mở rộng được; thường chỉ phân vùng nằm cuối ổ được hưởng phần dung lượng mới. Sau khi hoàn tất, chạy lại lsblk và df -Th để xác nhận cả thiết bị lẫn hệ thống tệp đã nhận kích thước mới.

Lệnh growpart cần một khoảng trắng giữa tên ổ và số phân vùng. Tên thiết bị như vda, sda hay nvme0n1 tùy thuộc vào nền tảng ảo hóa và image hệ điều hành. Một số kernel cũ cần khởi động lại mới nhận kích thước phân vùng mới. Trên Windows Server, thao tác tương ứng là Extend Volume trong Disk Management, với điều kiện vùng chưa phân bổ nằm ngay sau volume cần mở rộng.

Partition trong cơ sở dữ liệu

Ngoài ổ đĩa, partition còn là một kỹ thuật thiết kế cơ sở dữ liệu. Các ví dụ dưới đây dựa trên PostgreSQL; cú pháp, phương thức hỗ trợ và giới hạn ở MySQL, SQL Server hay Oracle có thể khác.

Cách hoạt động và các phương thức phổ biến

Trong cơ sở dữ liệu, partitioning là chia một bảng logic lớn thành nhiều phần vật lý nhỏ hơn. Ứng dụng vẫn truy vấn vào một bảng duy nhất, còn hệ quản trị CSDL dựa vào partition key để xác định mỗi dòng thuộc partition nào. PostgreSQL hiện hỗ trợ ba phương thức: range, list và hash.

Lợi ích chính đến từ partition pruning: khi câu truy vấn lọc theo partition key, bộ tối ưu bỏ qua các partition chắc chắn không chứa dữ liệu phù hợp. Việc xóa dữ liệu cũ cũng nhẹ hơn, vì có thể gỡ cả một partition thay cho lệnh DELETE hàng loạt.

Khi nào nên và không nên partition

Tài liệu PostgreSQL cho biết lợi ích thường chỉ đáng kể khi bảng rất lớn. Quy tắc kinh nghiệm được nêu là kích thước bảng nên vượt quá bộ nhớ vật lý của máy chủ CSDL, dù điểm cụ thể còn tùy ứng dụng.

Partition đáng cân nhắc khi:

- Bảng lớn và phần lớn truy vấn lọc theo một cột ổn định, thường là thời gian.

- Cần xóa hoặc lưu trữ dữ liệu cũ theo chu kỳ, ví dụ giữ 12 tháng gần nhất.

Cần thận trọng khi:

- Truy vấn thường không lọc theo partition key, khiến hệ thống vẫn phải quét nhiều partition.

- Cần ràng buộc duy nhất trên cột khác: trong PostgreSQL, khóa chính và ràng buộc unique trên bảng partition phải bao gồm mọi cột của partition key.

- Số partition tăng quá nhiều, làm tăng chi phí lập kế hoạch truy vấn và công vận hành.

Câu hỏi thường gặp về partition (FAQs)

1. Nên chọn MBR hay GPT cho ổ đĩa mới?

GPT là lựa chọn mặc định hợp lý cho máy chủ và máy tính khởi động bằng UEFI. Với ổ dùng sector logic 512 byte, MBR chỉ quản lý được tối đa 2 TiB (khoảng 2,2 TB), nên muốn dùng hết dung lượng của ổ lớn hơn cần chọn GPT. MBR chủ yếu còn phù hợp khi phải tương thích với hệ thống cũ chỉ hỗ trợ BIOS.

2. Chia lại phân vùng có làm mất dữ liệu không?

Tạo phân vùng trên vùng chưa phân bổ (unallocated) không ảnh hưởng dữ liệu hiện có. Lưu ý dung lượng còn trống bên trong ổ C: chưa phải vùng này. Ngược lại, thu nhỏ, mở rộng, gộp hoặc xóa phân vùng đang chứa dữ liệu đều có nguy cơ mất dữ liệu nếu thao tác sai hoặc bị gián đoạn, nên cần sao lưu trước mọi thay đổi.

3. Có thể chuyển MBR sang GPT mà không xóa dữ liệu không?

Có, trong một số trường hợp. Disk Management của Windows chỉ chuyển được ổ trống. Với ổ hệ thống Windows, công cụ MBR2GPT của Microsoft có thể chuyển đổi mà không sửa hoặc xóa dữ liệu, nếu ổ vượt qua bước kiểm tra hợp lệ của công cụ. Sau khi chuyển, máy phải khởi động ở chế độ UEFI và công cụ không hỗ trợ chuyển ngược, nên vẫn cần backup trước.

Kết luận

Partition là vùng trên ổ đĩa được quản lý như một đơn vị riêng, giúp tách hệ điều hành với dữ liệu và kiểm soát dung lượng. Với ổ mới trên hệ thống khởi động bằng UEFI, GPT là lựa chọn phù hợp. Khi mở rộng ổ trên cloud, cần xác định cấu trúc phân vùng, LVM và hệ thống tệp trước khi thao tác. Partition là công cụ tổ chức chứ không phải cơ chế bảo vệ dữ liệu, nên vẫn cần backup. Trong cơ sở dữ liệu, partition mang nghĩa khác: chia bảng lớn để truy vấn và bảo trì dễ hơn.

Để được hỗ trợ tư vấn và tìm hiểu các dịch vụ của Viettel, bạn có thể liên hệ trực tiếp tới Viettel IDC qua các kênh:

- Hotline: 1800 8088 (miễn phí cước gọi)

- Fanpage: https://www.facebook.com/viettelidc  

- Website: https://viettelidc.com.vn