انواع فایل سیستم ها

فایل سیستم چیست؟

فایل سیستم ها یا File Systems چگونگی ذخیره و بازیابی داده ها را کنترل می کنند، بدون آن ها اطلاعات ذخیره شده در فضای ذخیره سازی تنها حجم بزرگی از داده ها هستند، بدون اینکه مشخص باشد اطلاعات در کجا ذخیره شده اند و چگونه قابل بازیابی هستند. با جداکردن داده ها به قسمت های مختلف و نامگذاری هر کدام، اطلاعات ذخیره شده قابل شناسایی خواهند بود. فایل سیستم ها ساختارها و قواعدی منطقی هستند که برای مدیریت و نام گذاری داده ها استفاده می شوند. هر کدام از آن ها ساختار، منطق و ویژگی های مخصوص خود را دارند. برخی تنها برای کاربردی خاص طراحی شده اند، مثلاٌ ISO 9660 تنها برای برای دیسک های نوری مانند سی دی استفاده می شود.

فایل سیستم ها در انواع دستگاه های ذخیره سازی اطلاعات قابل استفاده اند. متداول ترین وسیله ذخیره سازی هارد دیسک است. سایر دستگاه ها شامل فلش مموری ها، دیسک های نوری، هارد های SSD، فلاپی ها و حتی نوارهای مغناطیسی مانند نوار کاست هم از آن استفاده می کنند.

ضرورت استفاده از فایل سیستم:

اصطلاح فایل سیستم حتی قبل از اختراع کامپیوتر نیز وجود داشته است و به معنی روش سازمان دهی و بازیابی مدارک کاغذی بوده است. تصور کنید بخواهید تعدادی از مدارک کاغذی شرکت خود را در اتاقی نگهداری کنید. حال فرض کنید که مدارک شرکت را بدون استفاده از پوشه، زونکن، گیره و … بر روی هم انباشته کنید. پس از چند سال تعداد این مدارک زیاد و انباشته خواهند شد و احتمالاً تعدادی از آن ها گم می شوند. حال فرض کنید مدرکی را بخواهید پیدا کنید که مدتی قبل در اتاق گذاشته بودید. واضح است که پیدا کردن آن مدرک سخت و یا حتی غیرممکن خواهد بود. اما اگر از پوشه و زونکن استفاده می کردید و مدارک را بر اساس نام و تاریخ و نوع آن ها دسته بندی می کردید، پیدا کردن آن مدرک به سادگی امکان پذیر بود.

وظیفه فایل سیستم ها در کامپیوتر و وسایل ذخیره سازی دقیقاً همین است، روش و ساختاری منطقی که داده ها را دسته بندی، نام گذاری و ذخیره کند و به بازیابی آن ها کمک کند. اگر از آن ها در کامپیوتر استفاده نشود، بازیابی داده ها از پیداکردن آن مدرک سخت تر خواهد بود.

چگونگی مدیریت داده ها:

فایل سیستم ها فضای ذخیره سازی را به تعداد زیادی از بخش های کوچک تقسیم می کنند، و به هر کدام از اطلاعات تعدادی از بخش ها را اختصاص می دهند. وظیفه آن ها سازماندهی فایل ها و فولدرها است. آن ها باید مشخص کنند که کدام فایل در کجا ذخیره شده است و چه قسمت هایی از فضای ذخیره سازی خالی است. ممکن است فضایی که برای یک فایل در نظر گرفته شده است کمتر از حجم فایل باشد، فایل سیستم ها باید مقداری از داده های آن فایل را در قسمتی دیگر ذخیره کنند. اگر فایلی حذف شود، فضاهای خالی در فضای ذخیره سازی ایجاد می شود و فایل سیستم باید داده های دیگری را در آن جایگذاری کند.

فایل سیستم ها تمام این اتفاقات را مدیریت می کنند و برای هر فایل فضای مناسبی در نظر می گیرند. آن ها به هر فایل تعدادی فراداده یا Metadata تخصیص می دهند تا بازیابی فایل ها آسان تر صورت بپذیرد. از انواع فراداده ها می توان به تاریخ، حجم، قابلیت دسترسی، نویسنده و … اشاره کرد.

انواع فایل سیستم:

در حالت کلی فایل سیستم ها می توانند به فایل سیستم های دیسک ها و نوارهای مغناطیسی، فایل سیستم شبکه و فایل سیستم های با کاربرد خاص تقسیم شوند. فایل سیستم های دیسک ها و نوارهای مغناطیسی بیشترین استفاده را دارند و برای کاربران کامپیوتر آشناتر هستند و احتمالاً شما نیز با برخی از آن ها آشنا هستید. تمام سیستم عامل های کامپیوتر و موبایل از این نوع فایل سیستم ها استفاده می کنند. به دلیل کاربرد بیشتر این نوع فایل سیستم ها در ادامه فایل سیستم هایی که توسط سیستم عامل های مشهور و پرکابرد استفاده می شوند را معرفی خواهیم کرد.

فایل سیستم های DOS و ویندوز:

در سیستم عامل های شرکت مایکروسافت از فایل سیستم های exFAT،NTFS ،FAT و ReFS استفاده می شود.

FAT: تقریباً تمام سیستم عامل های کامپیوتر های خانگی و لپتاپ ها از این فایل سیستم ها پشتیبانی می کنند، که از آن جمله می توان به تمام نسخه های مختلف Windows و DOS اشاره کرد. به همین دلیل فرمتی است که برای تبادل فایل بین کامپیوتر و دستگاه های مختلف از هر مدلی که باشند مورد استفاده قرار می گیرد. در ابتدا FAT16 و FAT12 توسط مایکروسافت معرفی شدند که در اندازه فایل ها و پارتیشن ها دارای محدودیت زیادی بودند. FAT32 این محدودیت ها را تقریباً بر طرف کرد اما حداکثر حجم فایل ها در این فرمت 4 گیگابایت است. حداکثر طول برای نام فایل ها در FAT تنها 8 کاراکتر است.

NTFS: این فایل سیستم مخفف New Technology File System است و به عنوان جایگزین FAT32 توسط مایکروسافت معرفی شد. مایکروسافت در این فرمت محدودیت های FAT32 را برطرف کرد، یعنی حداکثر طول فایل ها از 8 کاراکتر به 255 کاراکتر و حداکثر حجم فایل ها نیز به 16 اگزابایت افزایش یافت. همچنین در این فرمت قابلیت رمزنگاری و فشرده سازی فایل ها ممکن شد. از لحاظ امنیتی می توانید برای دسترسی به فایل ها محدودیت هایی را اعمال کنید که در FAT این امکان وجود ندارد.

exFAT : exFAT فایل سیستم اختصاصی مایکروسافت است که ویژگی های آن منتشر نشده است و در سیستم عامل های XP به بعد قابل استفاده است. این فرمت بجز ویندوز مایکروسافت تنها در macOS قابل استفاده است و استفاده از آن برای سایر سیستم عامل ها نیازمند اخذ مجوز است.

ReFS : ReFS به عنوان جایگزینی برای NTFS معرفی شد. در این فایل سیستم می توان از نام هایی با ۳۲۷۶۸ کاراکتر برای فایل ها استفاده کرد. حداکثر حجم فایل ها در این فرمت ۲۶۲۱۴۴ اگزابایت است که نسبت به سایر فرمت ها شگفت انگیز است. در این فرمت می توانید دو نوع درایو داشته باشید، یکی برای سرعت بیشتر و مناسب برای فایل های کوچک و دیگری کندتر و با قابلیت نگه داری فایل های بزرگ. اما این فرمت عیوبی هم دارد، مثلاً نمی توان به وسیله درایوی با این فرمت کامپیوتر را بوت کرد و در این فرمت قابلیت رمزنگاری روی فایل ها وجود ندارد، تنها می توان کل درایو را رمزنگاری کرد. این فرمت در ویندوز سرور 2012 و 2016 و ویندوزهای 8 به بعد قابل استفاده است.

فایل سیستم های Mac-OS:

+HFS: این فایل سیستم تا سال 2017 در تمام محصولات اپل استفاده می شد. مهم ترین ویژگی آن سرعت بالای آن است. حداکثر حجم فایل ها 8 اتابایت است. این فرمت می تواند تا 255 کاراکتر را برای نامگذاری فایل ها استفاده کند. این فرمت قابلیت خواندن و نوشتن در فرمت FAT32 و قابلیت خواندن فایل های با فرمت NTFS را دارد.

APSD: در سال 2017 اپل Apple File System و یا APFS را به عنوان جایگزین HFS Plus معرفی کرد. اپل جزئیات آن را منتشر نکرده است. APFS تقریباً از تمام قابلیت‌ های HFS+ پشتیبانی می‌ کند و بهبودهایی نسبت به HFS+ بر روی آن اعمال شده است. این فرمت دارای سرعت بالایی است و دارای قابلیت رمزنگاری فایل ها است. از مهم ترین ویژگی این فرمت امکان ساخت درایوهایی است که می توانند در صورت کمبود حجم، از حجم سایر درایوها استفاده کنند. این فایل سیستم قابلیت استفاده در تمام محصولات اپل را داراست.

فایل سیستم های Linux:

از جمله فایل سیستم هایی که لینوکس از آن ها پشتیبانی می کند، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– فایل سیستم های مرتبط با هارد دیسک: ext2, ext3, ext4, XFS, Btrfs, JFS, NTFS
– فایل سیستم های ذخیره سازی فلش: ubifs, JFFS2, YAFFS
– و فایل سیستم های مقاصد خاص: procfs, sysfs, tmpfs, debugfs

سیستم های لینوکسی فایل های مهم خود را بر اساس ساختاری که File system Hierarchy Standard یا به خلاصه FHS نامیده می شود ذخیره می سازند. نکته جالبی که در مورد لینوکس وجود دارد این است که نام فایل ها در لینوکس Case sensitive است به این معنا که بزرگ و کوچک بودن حروف مهم است.

فایل سیستم ها برای همه انواع کامپیوتر ها و دستگاه هایی که به فضای ذخیره سازی نیاز دارند بسیار مهم و حیاتی هستند. تمام شرکت های بزرگ تلاش زیادی را برای توسعه یک فایل سیستم قوی به کار می گیرند چرا که نقشی اساسی در کارایی کامپیوترها، موبایل ها و گجت های پوشیدنی دارند. در این مطلب مفهوم فایل سیستم شرح داده شده و انواع مهم آن ها مورد بررسی قرار گرفته اند.