آشنایی اولیه با فایل سیستم ها

تعریف فایل سیستم از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

سیستم فایل

ثبت و نگهداری فایلها بر روی دیسک سخت Hard Disk بر طبق قواعد خاصی و از طریق فایل سیستم File System انجام می گردد. فایل سیستم های مختلف، از روش های متفاوتی برای سازماندهی و ذخیره ی اطلاعات در هارد دیسک ها یا هر وسیله ی ذخیره سازی دیگری استفاده می کنند. هر دستگاه ذخیره سازی اطلاعات دارای یک یا چند پارتیشن است، و هر پارتیشن با نوعی فایل سیستم فرمت بندی شده است. در پروسه ی فرمت بندی، یک فضای خالی تحت فایل سیستم مورد استفاده بر روی دستگاه ایجاد می شود.

یک فایل سیستم روشی را برای جدا کردن داده ها موجود بر روی یک درایو و بدل کردنشان به قطعاتی مجزا ارائه می نماید، که ما در اصطلاح به این قطعات فایل می گوییم. همچنین فایل سیستم روشی را برای ذخیره سازی اطلاعات مرتبط به فایل ها مانند نام، سطح دسترسی و فرمتشان را ارائه می نماید.

علاوه بر همه ی موارد ذکر شده فایل سیستم، یک شاخص یا در اصطلاح ایندکس را نیز ارائه می کند که شامل یک لیست از فایل ها و مسیر ذخیره شدنشان در درایو است، بنابراین سیستم عامل به جای بررسی کردن کل درایو برای پیدا کردن یک فایل، می تواند تشخیص دهد که چه چیزی در یک محل خاص از آن درایو وجود دارد.

سیستم عامل مورد استفاده ی شمادر صورتیکه یک فایل سیستم را بشناسد و یا از آن پشتیبانی به عمل بیاورد می تواند فایل ها و محتوای موجود بر روی آن را باز کرده، ویرایش نموده و مجدداً ذخیره نماید. اما همیشه شرایط بدین گونه نخواهد بود و در صورتیکه سیستم عامل تان قادر به درک و پشتیبانی یک فایل سیستم نبود شاید بتوانید با نصب یک درایور جانبی و یا یک نرم افزار شخص ثالث پشتیبانی از فایل سیستم مورد بحث را به آن بیافزایید و البته نباید فراموش کرد در برخی موارد نیز هیچ راه حلی وجود نخواهد داشت.

برای درک بهتر موضوع می توان به یک سیستم تهیه ی فایل کاغذی اشاره کرد، چند بیت از داده ها در رایانه «فایل» نامیده می شود و این فایل ها از طریق فایل سیستم ها سازماندهی می گردند در اصل فایل سیستم نقش کشوی کابینتی را ایفا می نماید که فایل های کاغذی را با قرار دادن در آن سازماندهی می نمودیم.

انواع مختلف سیستم فایل ها

سیستم فایل های خانواده FAT

FAT مخفف کلمه File Allocation Table است و یکی از قدیمی‌ترین سیستم فایل (File System) مورد استفاده در رایانه‌ها است. این سیستم فایل دارای نسل های مختلفی است که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.

سیستم فایل FAT16:

FAT16 در ابتدا توسط سیستم عامل MSDOS در سال 1981 ارائه گردیده و همکنون منسوخ شده است. این فایل سیستم ابتدا برای ایجاد مدیریت و ثبت اطلاعات بر روی Floppy Disk طراحی گردید و بعد از مدتی نیز بر روی دیسکت سخت Hard Disk پیاده سازی شد. FAT16 بر روی سیستم عامل های دیگر همچون  Windows3.X , Windows9X , WindowsMe , OS/2 , Linux و برخی از نسخه های UNIX قابل اجراء بود. ازجمله ویژگی های آن می توان به خواص Compression (فشرده سازی) و Encryption (رمزنگاری)‌ و تا حدی هم Security (امنیت) اشاره کرد. البته در مورد امنیت بر روی دسترسی و عدم دسترسی به منابع نقص داشت و قابل اطمینان نبود.

این فایل سیستم معایبی هم داشت که مهمترین آن مشکل نام گذاری فایل ها و پوشه ها بود بطوری که برای نام گذاری فایل ها نمی توانست بیش از 8 کاراکتر برای نام و 3 کاراکتر برای پسوند فایل را قبول کند. از طرف دیگر این فایل سیستم از کلاسترهای Claster بزرگی به اندازه 32 کیلو بایت استفاده می کرد. (کلاستر Claster را می توان به قالبی تشبیه نمود که اطلاعات در درون آن قرار می گیرد). عیبی که کلاسترهای با این اندازه دارند این است که مقدار زیادی از فضای دیسک سخت Hard Disk را بلااستفاده می گذارند و دلیل آن این است که هنگاهی که فایل های کوچکی به اندازه کمتر از 32 کیلو بایت را در آن ثبت می نمائیم در ادامه آن فایل و داخل آن کلاستر دیگر نمی توان فایل و مطلب دیگری را ذخیره نمود و به عبارتی فضای انتهایی آن بلااستفاده می ماند. مشکل بزرگ دیگر فایل سیستم Fat16 این بود که به دلیل بزرگی کلاسترهای آن در ساخت پارتیشن Partition دچار محدودیت حجم پارتیشن بود و با آن نمی شد پارتیشنی بزرگتر از 2 گیگا بایت ساخت.

سیستم فایل FAT32

FAT32 نسخه ارتقاء یافته FAT16 است که همزمان با عرضه سرویس پک 2 ویندوز 95 معرفی و جایگزین FAT16 شد و در آن قسمتی از مشکلات فایل سیستم FAT16 برطرف شد. توسط این فایل سیستم می توان پارتیشن هایی (Partition) بزرگتر از 2 گیگابایت نیز ایجاد کرد و کلاسترهایی که این فایل سیستم ایجاد می کند 4 کیلو بایت است پس در نتیجه بنا به دلایلی که در قسمت اول ذکر گردید فضای کمتری از دیسک سخت را هدر می دهد. این فایل سیستم توسط سیستم عامل های خانواده ویندوز از 98 به بعد پشتیبانی می گردد.

سن زیاد این سیستم فایل همزمان هم می‌تواند امتیاز و هم عیب آن محسوب شود. به‌دلیل قدمت زیاد، این سیستم فایل اکنون به یک استاندارد رایج با جای پای محکم مبدل شده و تمام حافظه‌های فلش و کارت های حافظه SD که خریداری می‌کنید از همان ابتدا به‌صورت FAT32 فرمت شده‌اند تا با اکثر دستگاه‌ها و رایانه‌ها سازگار باشند. در کنار این سازگاری بالا ایرادی مهم وجود دارد که شاید تا چند سال پیش کسی حتی به آن فکر نمی‌کرد. سیستم فایل FAT32 نمی تواند یک فایل با بیش از چهار گیگابایت حجم را ذخیره کند. این موضوع در گذشته که حجم اطلاعات به این اندازه بالا نرفته بود موضوع مهمی تلقی نمی شد اما امروزه که داده های اکثر کاربران را فایل های حجیم که برخی از آنها به راحتی بیش از 4 گیگابایت حجم دارند تشکیل می دهد دیگر این فایل سیستم جوابگوی نیاز کاربران کنونی نیست. کاربرانی که مطمئنا با وجود این مشکل دیگر تمایل ندارند هارددیسک‌های خود را با استفاده از این سیستم فایل فرمت کنند. از دیگر نواقص FAT32 می‌توان به برخوردار نبودن از امکانات امنیتی موجود در سیستم فایل پیشرفته‌تر NTFS اشاره کرد. همچنین باید اشاره کنیم که نسخه‌های ویندوز از XP به بعد دیگر روی هارددیسک‌هایی با سیستم فایل FAT32 نصب نمی‌شوند.

سازگاری: سازگاری با تمام نسخه‌های ویندوز، مک، لینوکس، کنسول‌های بازی و در حقیقت تمام دستگاه‌هایی که از درگاه USB برخوردارند.

محدودیت: محدود کردن اندازه فایل‌ها به چهار گیگابایت و حداکثر فضای ممکن پارتیشن به هشت ترابایت. نبود مکانیزم سهمیه بندی و امنیت فراگیر.

موارد استفاده: استفاده در فرمت دستگاه‌های ذخیره‌سازی قابل حمل برای رسیدن به حداکثر سازگاری ممکن.

سیستم فایل NTFS

فابل سیستم New Technology File System به اختصار NTFS به همراه نخستین نسخه Windows NT 3.1 ارائه گردید اما ویندوز XP بود که نقش اصلی را در معرفی این سیستم فایل به جهانیان ایفا کرد. امروزه همه ویندوزهای جدیدتر از XP همین راه را رفته اند و برای نصب به یک پارتیشن که با سیستم فایل NTFS فرمت شده باشد نیاز دارند.

این سیستم فایل از محدودیت‌های حجمی برخوردار است که به نظر دست‌نیافتنی می‌آیند و به‌نظر نمی‌رسد تا آینده دور مشکلی برای کاربران ایجاد کنند. ویژگی های این فایل سیستم بسیار کارآمد تر و بهتر از دو فایل سیستم FAT یاد شده می باشد. کلاسترها در این فایل سیستم 4 کیلو بایت می باشد پس در این حالت فضای کمتر از دیسک سخت را تلف می نماید.

از جمله بارزترین ویژگی های این فایل سیستم Security (امنیت) بالای آن است که می توان برای فایل ها Permission (سطح دسترسی کاربران) و Security (حد و حدود اختیارات آنان) را تعیین نمود. همچنین رمزگذاری و پشتیبان‌گیری خودکار از فایل‌ها همزمان با استفاده از آنها از دیگر قابلیت های مهم این سیستم فایل می باشد. برای بهرمندی از قابلیت ها و امکانات حرفه ای در سیستم عامل های خانواده Windows Server و Windows NT از جمله راه اندازی سرویس های DNS , DHCP, Active Directory و … باید فایل سیستم پارتیشنی که سیستم عامل ما بر روی آن نصب است NTFS باشد. از مزایای دیگر آن Performance (سرعت بالا برای کار کردن با فایل ها) به دلیل اینکه در فایل سیستم NTFS تا جای ممکن از قرار گرفتن یک فایل بصورت قطعه قطعه بر روی دیسک سخت جلوگیری بعمل می آید و سعی می شود یک فایل بترتیب پشت سر هم بر روی دیسک سخت ذخیره شود که این عمل سرعت خواندن اطلاعات را از روی دیسک سخت بیشتر می نماید.

سیستم فایل NTFS با تمام نسخه‌های ویندوز از XP به بعد سازگار است، اما در سازگاری با سایر سیستم‌عامل‌ها با کمی مشکل مواجه است به‌عنوان نمونه MAC OS X تنها قادر به خواندن اطلاعات از NTFS خواهد بود و امکان نوشتن اطلاعات روی NTFS با استفاده از این سیستم‌عامل وجود ندارد. این مشکل در زمان استفاده از برخی از نسخه‌های لینوکس نیز وجود دارد. تقریبا تمامی کنسول‌های بازی نظیر ایکس‌باکس‌360 و دستگاه‌های مختلف پلی‌استیشن حتی پلی‌استیشن4 قادر به شناسایی NTFS نیستند، هر چند ایکس‌باکس‌وان به‌عنوان کنسول جدید مایکروسافت از این سیستم فایل پشتیبانی می‌کند.

سازگاری: سازگاری با تمام نسخه‌های ویندوز، فقط خواندنی بودن در سیستم‌عامل مک و برخی از نسخه‌های لینوکس، سازگار نبودن با کنسول‌های خانگی و برخی از دستگاه‌ها به غیر از ایکس‌باکس‌وان.

محدودیت‌ها: محدودیت حجمی خاصی برای سیستم فایل NTFS  وجود ندارد.

موارد استفاده‌: استفاده در درایوهای ویندوز و تمامی درایوهایی که باید در کنار ویندوز مورد استفاده قرار بگیرند.

سیستم فایل exFAT

سیستم فایل exFAT در سال 2006 معرفی شد و توسط به‌روزرسانی به نسخه‌های قدیمی‌تر ویندوز یعنی XP و ویستا اضافه شد. این سیستم فایل برای استفاده در حافظه‌های فلش بهینه‌سازی شده و از بسیاری جهات به FAT32 شباهت دارد، با این تفاوت که از محدودیت‌های این سیستم فایل خبری نیست. مانند NTFS، سیستم فایل exFAT نیز از محدودیت حجمی دست‌نیافتنی برخوردار است تا در آینده نزدیک مشکل خاصی برای کاربران به وجود نیاید. سیستم فایل exFAT بسیار سازگارتر از NTFS است و درحالی‌که Mac OS X تنها قادر به خواندن اطلاعات ازNTFS  خواهد بود به‌طور کامل از خواندن و نوشتن از دستگاه‌های ذخیره‌سازی فرمت‌شده با استفاده از exFAT پشتیبانی می‌کند. با نصب چند نرم‌افزار نیز به‌راحتی می‌توان از این سیستم فایل در نسخه‌های مختلف لینوکس استفاده کرد. درحالی‌که exFAT با سیستم‌عامل مک سازگار است و می‌توان از آن در دستگاه‌هایی که با NTFS سازگار نیستند مانند دوربین‌های دیجیتال استفاده کرد. همچنان برخی از دستگاه‌ها وجود دارند که قادر به شناسایی exFAT نیستند. ایکس‌باکس360 از جمله دستگاه‌های ناسازگار با این سیستم فایل است؛ اگرچه ایکس‌باکس‌وان به‌طور کامل از exFAT پشتیبانی می‌کند. پلی‌استیشن3 نیز از این فرمت پشتیبانی نمی‌کند، اما نسل جدید کنسول سونی قادر به تشخیص exFAT خواهد بود.

سازگاری: سازگار با تمامی نسخه‌‌های ویندوز و نسخه‌های جدید Mac OS X. اما برای سازگاری با لینوکس به نصب برنامه‌های اضافی نیاز است و نسبت به NTFS دستگاه‌های بیشتری از exFAT پشتیبانی می‌کنند.

محدودیت: همانند NTFS نمی‌توان محدودیت حجمی خاصی برای exFAT در نظر گرفت.

موارد استفاده: استفاده در حافظه‌های فلش و هاردهای اکسترنال به‌خصوص اگر به کپی کردن فایل‌هایی با بیش از چهار گیگابایت حجم نیاز داشته باشید.