سیستم فایل چیست؟ کاربرد و انواع سیستم فایل های سیستم عامل ها

اگر از کاربرانی که اندکی نگاه حرفه‌ای تر به دنیای کامپیوتر دارند باشید بدون شک با واژه سیستم فایل بیگانه نیستید به بیان ساده فایل سیستم (یا سیستم فایل) در یک سیستم عامل مشخص می‌کند که اطلاعات شما چگونه روی حافظه ذخیره، مدیریت و سازماندهی شوند. در این میان روش‌های متنوعی برای بیان این نحوه عملکرد وجود دارد که بین سیستم‌عامل‌های مختلف و حتی روش‌های مختلف متفاوت بوده و به همین دلیل یک سیستم‌عامل هم می‌تواند از سیستم فایل متفاوت استفاده کند و هم در یک هارد دیسک، برای هر نوع اطلاعات، روش‌های مختلفی را در پیش گیرد. در ادامه به صورت کامل با سیستم فایل، مدیریت سیستم فایل، سیستم فایلینگ و دیگر اصطلاحات مهم این حوزه آشنا خواهید شد.

سیستم فایل چیست؟

سیستم فایل (File System) یا فایل سیستم الگویی است که برای ذخیره، بازیابی و سازماندهی فایل‌ها و داده‌ها بر روی حافظه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌دانیم که مجموعه‌ای از داده‌ها یک فایل را بوجود می‌آورند.

فایل چیزی است که توسط سیستم فایل ایجاد می‌شود؛ یعنی داده‌های مشخص توسط سیستم فایل به بخش یا بخش‌های مجزایی تبدیل می‌شوند که این بخش‌ها درواقع همان فایل‌هایی هستند که ما می‌شناسیم. تمامی الگویی که برای این سازماندهی مورد استفاده قرار می‌گیرد سیستم فایل نامیده می‌شود.

سیستم عامل‌ها در فرایند ذخیره سازی، بازیابی یا سازماندهی فایل‌ها و داده‌ها از یک سیستم فایل استفاده می‌کنند. درواقع سیستم فایل مانند یک کتاب داری است که صفحات بدون نام و نشان (داده‌ها) را در جلدهای مخصوص خود قرار داده و کتاب‌ها (فایل‌ها) را بوجود می‌آورد. سپس این کتاب‌ها را در قفسه‌های (پوشه‌ها) مخصوص خود در کتابخانه (حافظه) قرار می‌دهد. حال انواع سیستم فایل تعامل ما را با این داده‌ها مشخص می‌کنند.

 

 

 

انواع فایل سیستم در ویندوز

سیستم فایل FAT

سیستم فایل FAT در سال ۱۹۷۷ میلادی متولد شد. در ابتدا از FAT برای مدیریت فضای دیسک‌های فلاپی استفاده می‌شد. پس از آن این سیستم فایل به Dos و ویندوز آمد. در طول این سال‌ها سیستم عامل FAT بروزرسانی‌های بسیاری از جمله افزایش حداکثر اندازه پارتیشن و فایل را به‌خود دیده است.

معروف ترین بروزرسانی آن نسخه FAT32 است که هنوز هم درفلش‌های با ظرفیت پایین استفاده می‌شود. اگر یک فلش یا کارتSD  ۱۶ یا ۳۲ گیگابایتی دارید، به احتمال زیاد از سیستم فایل FAT32 برای مدیریت حافظه آنها استفاده می‌شود و احتمالاً هنگام کار با آنها با خطای file is too large for the destination file system مواجه شده‌اید.

FAT32 از فایل‌هایی با اندازه بیش از ۴ گیگابایت پشتیبانی نمی‌کند. یعنی اگر می‌خواهید یک فیلم ۴K را به روی آن منتقل کنید با خطای فوق مواجه خواهید شد. همچنین این سیستم فایل حداکثر از ظرفیت ذخیره سازی ۳۲ گیگابایت پشتیبانی می‌کند.

البته این سیستم فایل به دلیل سازگاری با سیستم‌های‌ عامل همچنان پرکاربردترین سیستم فایل محسوب می‌شود. بنابراین اگر یک فلش با ظرفیت کمتر از ۳۲ گیگابایت دارید می‌توانید آن را با سیستم فایل FAT32 فرمت کنید.

سیستم فایل NTFS

مایکروسافت برای غلبه بر محدودیت‌های FAT32 و بهبود مدیریت سیستم فایل در ویندوز، سیستم فایل NTFS را در سال ۱۹۹۳ میلادی معرفی کرد و آن را توسعه داد.

از جمله مزیت‌های این فایل سیستم ویندوز نسبت به FAT32 می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

• پشتیبانی از حداکثر ظرفیت ذخیره‌سازی ۱۶ اِگزابایت EB (هر اگزابایت برابر یک میلیون ترابایت) در مقابل حداکثر ظرفیت ذخیره‌سازی ۳۲ گیگابایتی FAT32
• امکان ذخیره سازی فایل‌هایی با حجم بسیار بالا در مقابل حداکثر اندازه فایل ۴ گیگابایتی در سیستم FAT32
• سیستم فایل NTFS همه تغییرات روی‌ داده در دیسک را ثبت می‌کند. بنابراین در صورت بروز هرگونه خرابی یا خطایی در سیستم، به‌صورت خودکار و بدون اطلاع کاربر از این اطلاعات ثبت‌ شده برای حل مشکل استفاده می‌شود.
• در این سیستم فایل امکان رمزگذاری داده‌ها نیز وجود دارد.

همه این ویژگی‌ها سیستم فایل NTFS را به یک گزینه مناسب برای ویندوز تبدیل می‌کند. علاوه بر این ویندوز می‌تواند فقط روی درایوی با سیستم فایل NTFS نصب شود. متاسفانه، نسخه‌های قدیمی‌ ویندوز و لینوکس از NTFS پشتیبانی نمی‌کنند. و macOS هم از NTFS صرفاً به‌عنوان یک سیستم فایلینگ فقط خواندنی پشتیبانی می‌کند.

سیستم فایل exFAT

مایکروسافت در سال ۲۰۰۶ سیستم فایل exFAT را با هدف جایگزینی آن با FAT32 معرفی کرد.exFAT محدودیت‌های FAT32 را ندارد و از حداکثر ظرفیت ذخیره‌سازی ۱۶ اِگزابایت EB پشتیبانی می‌کند.

سیستم فایل ReFS 

Resilient File System) ReFS) یکی دیگه از انواع سیستم فایل‌هاست که توسط مایکروسافت در سال ۲۰۱۲ همراه با ویندوز سرور ۲۰۱۲ برای استفاده در سیستم عامل ویندوز طراحی شده تا به برخی از محدودیت های NTFS غلبه کنه.

اگر سیستم عامل یک خطای سیستمی رو شناسایی کنه و اطلاعات از بین رفته یا خراب شده باشن، ReFS می‌تونه در بازیابی داده‌های از دست رفته به خوبی کمک کنه.

فایل سیستم ReFS با ویندوز سرور ۲۰۱۲ معرفی شد و بعد به ویندوز ۸ و آخرین نسخه‌های ویندوز ۱۰ نیز اضافه شد. ReFS به مرور زمان ویژگی‌های جدیدتری را به خودش اختصاص داد که توی ویندوز سرور ۲۰۱۶ و ویندوز سرور ۲۰۱۹ بهتر می‌شه اون رو مشاهده کرد.

در همین رابطه بخوانید:

– هر آنچه که باید در مورد سیستم فایل در ویندوز ۱۰ بدانید

انواع فایل سیستم در لینوکس

در سیستم عامل لینوکس، از تعداد زیادی از فایل سیستم‌ها، پشتیبانی می‌شود. بعضی از فایل سیستم‌ها، برای مدیریت هاردیسک به کارمی‌روند و بعضی برای دیسک‌های نوری و فلش طراحی شده‌اند.

دسته‌ای از فایل سیستم‌ها، برای مدیریت فایل‌های محلی یا local به‌کار می‌روند. گروه دیگری از فایل سیستم‌ها برای مدیریت و بازیابی فایل‌ها در شبکه استفاده می‌گردند.

از فایل سیستم‌های شبکه می‌توان به NFS و SMB اشاره نمود. امروزه فایل سیستم Ext4، فایل سیستم پیش‌فرض، در بسیاری از توزیع‌های لینوکس است. در ادامه، فایل سیستم Ext4 و ورژن‌های قبلی آن را، مورد بررسی قرار می‌دهیم:

فایل سیستم Minix

قبل از این‌که سیستم فایل Ext بوجود آید، سیستم فایل Minix، در این سیستم عامل کوچک و شبه یونیکس ، استفاده می‌گردید. این سیستم عامل که یکی از قدیمی‌ترین انواع سیستم فایل ها است، توسط آندرو تننباوم کدنویسی شده بود. Minix، سیستم عامل رایگان و آزاد نبود. نسخه‌ی ابتدایی لینوکس، از سیستم فایل Minix، استفاده می‌نمود.

فایل سیستم Ext

Ext، یک فایل سیستم قدیمی است که در سال ۱۹۹۲، توسط Rèmy Card به‌کار گرفته شد و برای غلبه بر محدودیت‌های فایل سیستم Minix، استفاده می‌شد. Ext می‌توانست تا میزان ۲ گیگابایت، فضای حافظه را مدیریت نماید.

فایل سیستم Ext2

به فاصله‌ی یک سال، Rèmy Card، Ext2 filesystem، را ارائه‌ داد. در Ext2 فایل‌ها، از ۱۶GiB-2TiB گیگابایت، می‌توانستند افزایش حجم داشته باشند. و ظرفیت سازماندهی دیسک، از ۲TiB-32TiB را پشتیبانی می‌نماید. این سیستم عامل، فاقد تحمل خطا در مقابل اطلاعات مخدوش می‌باشد. مثلا قطعی برق، قبل از ذخیره سازی کامل اطلاعات بر روی هارد، باعث مخدوش شدن صحت اطلاعات می‌گردد.

فایل سیستم Ext3

در سال ۲۰۰۱، Ext3 filesystem، با قابلیت journaling،عرضه گردید. در Ext3 فایل‌ها، از ۱۶GiB-2TiB گیگابایت، می‌توانستند افزایش حجم داشته باشند. و ظرفیت سازماندهی دیسک، از ۴TiB-32TiB را پشتیبانی می‌نماید.

قابلیت Journaling در این سیستم فایل، باعث می‌شود که Ext3، دارای تحمل در مقابل خطا، باشد. در صورت قطعی برق، یا حادثه‌ی غیرمترقبه، سیستم می‌تواند به آخرین حالت پایدار قبلی برگردد.

فایل سیستم Ext4

Ext4، به طور پیش‌فرض بر روی بسیاری از توزیع‌های لینوکس، استفاده می‌شود و متداولترین سیستم فایل در لینوکس می‌باشد. این سیستم فایل از Ext3، سریعتر می‌باشد. برای بلوک‌هایی با اندازه‌ی ۴K، ماکزیمم حجم فایل تا ۴TiB، و فضای حجم، تا ۱EiB، اگزابایت افزایش یافت.

در همین رابطه بخوانید:

– ۷ روش کاربردی برای بهینه‌سازی هارد‌ دیسک و دسترسی به ظرفیت حافظه بیشتر در ویندوز ۱۰

آشنایی با فایل سیستم های مک

Disk Utility به شما امکان می دهد از بین انواع فرمت های سیستم فایل انتخاب کنید. در واقع این نرم‌افزار برای مدیریت سیستم فایل در مک بهترین ابزار است. بیایید نگاهی دقیق به هر یک از آنها بیندازیم، در چه مواردی از آنها استفاده می شود و کدام یک را باید برای درایو اکسترنال خود انتخاب کنید.

Apple File System (APFS)

APFS فایل سیستم مدرن اپل است که برای اولین بار در اوایل سال ۲۰۱۷ برای دستگاه های iOS راه اندازی شد. پشتیبانی آزمایشی APFS برای اولین بار در macOS Sierra مشاهده شد. در High Sierra، درایوهای بوت SSD پس از نصب به APFS تبدیل شدند. از macOS Mojave، درایوهای فیوژن و HDD نیز به APFS ارتقا یافتند.

اسناد فعلی Apple File System پیشرفت‌های زیادی را نسبت به HFS+ نشان می‌دهد. این باعث می شود عملیات رایج مانند کپی کردن فایل ها و پوشه ها آنی باشد. همچنین می‌توانید فضای آزاد روی درایوها را به‌طور مؤثری طرح ابرداده کپی در نوشتن را مدیریت کنید تا عملکرد را بهبود ببخشید، در نتیجه احتمال خرابی داده‌ها را کاهش دهید و تمرکز روی رمزگذاری را افزایش دهید.

Mac OS Extended (HFS+)

Mac OS Extended که با نام HFS+ (Hierarchical File System Plus) نیز شناخته می‌شود، از سال ۱۹۹۸ تا زمان راه‌اندازی APFS در سال ۲۰۱۷، سیستم فایل اصلی مورد استفاده برای ذخیره‌سازی سیستم مک بود و یکی از مهمترین انواع سیستم فایل سیستم عامل مک است. اگر بین این تاریخ ها یک مک خریده اید، آن را با macOS (یا OS X، همانطور که شناخته شد) نصب شده بر روی یک ولوم +HFS خواهید داشت. 

Extended File Allocation Table (exFAT)

مایکروسافت این را برای ارائه سازگاری مشابه با FAT32 بدون محدودیت های مزاحم طراحی کرد. exFAT فرمت فایل ترجیحی برای درایوهای ذخیره سازی فلش است که بین ویندوز و مک به اشتراک می گذارید. exFAT هیچ محدودیت واقعی برای اندازه فایل یا پارتیشن ندارد. همچنین به ACLهای پیچیده و سیستم های انتساب فایل مانند NTFS نیاز ندارد.

جمع‌بندی و پاسخ به چند سوال پرتکرار

سیستم عامل‌ها در فرایند ذخیره سازی، بازیابی یا سازماندهی فایل‌ها و داده‌ها از یک سیستم فایل استفاده می‌کنند. در این مطلب به بررسی انواع این سیستم فایل ها پرداخته و در ادامه هم به چند سوال پرتکرار در این رابطه پاسخ داده‌ایم.

سیستم فایل ویندوز چیست؟

الگویی برای سازماندهی اطلاعات هاردِ. در واقع فایل سیستم روشی رو برای جدا کردن داده‌های موجود روی یک درایو ارائه می‌کنه، که در اصطلاح به اون‌ها فایل می‌گیم.

معایب سیستم فایل چیست؟

برخی از سیستم‌ فایل ها محدودیت‌های خاص خود را دارند. موانعی مانند محدودیت حجم یک فایل در برخی از سیستم فایلینگ در کنار عدم پشتیبانی و شناسایی آنها در پلفترم‌های مختلف، بارزترین مشکلات به حساب می‌آیند.

چرا وجود یک سیستم فایل ضروری است؟

همانطور که در بالا گفته شد تمامی فایل‌های موجود بر روی حافظه کامپیوتر خود توسط یک فایل سیستم اداره می‌شوند که بدون آن امکان دسترسی به اطلاعات وجود ندارد.

فایل سیستم اختصاصی ویندوز چیست و کدام است؟

دو سیستم فایل exFAT و ReFS توسط مایکروسافت به طور اختصاصی برای سیستم عامل ویندوز معرفی شدند که در ابتدای این مطلب به ویژگی‌ها و مشخصات آنها پرداخته شده است.