مفهوم فایل سیستم چیست؟

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.

مفهوم فایل، فولدر و دایرکتوری

یکی از مهمترین مفاهیمی که در هنگام کار با کامپیوتر باید با آن آشنایی داشته باشید، نظام سازماندهی ذخیره کردن و تعیین محل فایل‌ها و برنامه‌ها می‌باشد.
واژه‌ی فایل (File)، به یک آیتم منفرد مانند یک سند متنی، یک تصویر، یک کلیپ ویدئویی و یا یک آهنگ اشاره دارد.

Applicationها برنامه‌هایی هستند که کاری در کامپیوتر انجام داده و یا فایل‌هایی را ایجاد می‌کنند.
واژه‌ی دیگری که به دفعات آن را خواهید شنید، فولدر (Folder) به معنای پوشه خواهد بود. به پوشه، دایرکتوری (Directory) نیز گفته می‌شود اما نام پوشه یا Folder راحت‌تر درک می‌شود. چرا که با مفهوم ذخیره کردن فایل درون پوشه سازگاری بیشتری دارد.

در حقیقت هر چیزی که در کامپیوتر با آن تعامل داشته باشید، در سلسله مراتبی از پوشه‌ها ذخیره شده است. می‌توان درون پوشه‌ها، پوشه‌هایی را ایجاد نمود و درون آن پوشه‌ها فایل‌هایی را قرار داد.

به منظور درک راحت‌تر می‌توانید هارددیسک را به عنوان پوشه‌ی اصلی در نظر بگیرید، که پوشه‌های دیگر در درون آن ذخیره و سازماندهی شده و در دسترس قرار می‌گیرد.
مثالی درباره‌ی سلسله مراتب فایل و پوشه را بررسی می‌کنیم:
در دسکتاپ یک پوشه به نام Bills ایجاد شده است، در این پوشه نسخه‌های اسکن شده‌ی قبض‌های خدمات عمومی ذخیره شده است. این پوشه را با دابل کلیک باز می‌کنیم تا محتویات درون آن را مشاهده کنیم.
دو بار کلیک یعنی دو بار کلیک چپ ماوس را به سرعت فشار دهید. در این پوشه سه فایل با نام‌های مختلف مشاهده می‌نمایید. نام این فایل‌ها به ترتیب، Electric به معنای برق.
Heat به معنای گرما و Water به معنای آب می‌باشد. می‌توانید در آینده نیز هر قبضی را که دریافت می‌کنید در این پوشه ذخیره کنید. اما به این ترتیب فایل‌ها سازماندهی خود را از دست داده و کاملاً نامرتب خواهند شد.
در این موارد مزیت ایجاد زیر شاخه برای پوشه‌ها مشخص می‌گردد.
در ویندوز ۷ کافی است بر روی دکمه‌ی New Folder در بالای پنجره کلیک کنید، تا یک پوشه‌ی جدید ایجاد شود. همان‌طور که مشاهده می‌نمایید نام این پوشه با رنگ آبی هایلایت شده است. این حالت بدین معناست که می‌توان با تایپ یک نام جدید، نام پوشه را تغییر داد.

نام این پوشه را به water تغییر دهید. پس از پایان تایپ کردن با فشردن دکمه‌ی Enter نام پوشه را تثبیت دهید.
به همین ترتیب دو پوشه‌ی دیگر ایجاد کرده و نام یکی را Electric نام دیگری را Heat بگذارید. اکنون سه زیر شاخه در درون پوشه‌ی اصلی Bills ایجاد شده است. حال با درگ کردن می‌توانید هر فایل را به درون پوشه‌ی مرتبت با آن انتقال دهید.

به عنوان مثال فایل electric را انتخاب سپس کلیک چپ ماوس را روی آن فشار داده و نگه دارید، سپس اشاره‌گر ماوس را به روی پوشه‌ی الکتریک ببرید.
توجه کنید که در این حالت عبارتی به صورت move to Electric ظاهر می‌گردد، بدین معنی که به پوشه‌ی Electric منتقل شود. در این حالت با رها کردن کلیک چپ، فایل به پوشه‌ی مورد نظر انتقال خواهد یافت.
در مورد دو فایل دیگر نیز به همین صورت عمل نمایید. فایل Water را به پوشه‌ی Water و فایل Heat را به پوشه‌ی Heat انتقال دهید.
اکنون با دوبار کلیک بر روی پوشه‌ی Electric، فایل مربوط به قبض برق را خواهید دید.

با کلیک بر روی دکمه‌ی Back که در گوشه‌ی سمت چپ و بالا قرار دارد، به پوشه‌ی اصلی Bills باز گردید.
چنانکه این مراحل را یاد گرفته باشید، ساز و کار اصلی نظام پوشه و فایل در سیستم‌عامل را درک کرده‌اید.
اهمیت سازماندهی فایل‌ها در این نکته است که کامپیوتر همواره می‌تواند مسیر فایل‌ها و پوشه‌ها را بیابد. اما مسئله این است که آیا کاربر نیز می‌تواند همواره این کار را انجام دهد یا خیر؟
سازماندهی این فایل‌های اندک کار سختی نیست، اما زمانی را در نظر بگیرید که به جای سه فایل، ۳۰۰ فایل یا سه هزار فایل داشته باشید. سازماندهی فایل‌ها یک مهارت مهم است که باید به انجام آن عادت کنید.
حال به نمایش مختلف فایل‌های درون یک پوشه می‌پردازیم. در ویندوز ۷، در گوشه‌ی بالای سمت راست در پنجره گزینه‌ای به نام view وجود دارد.

با کلیک روی این گزینه، طریقه‌ی نمایش فایل‌ها و نیز محتویات پوشه‌ها تغییر می‌کند. در کنار این دکمه، یک فلش کوچک وجود دارد، با کلیک روی آن فهرست نماهای مختلف ظاهر می‌شود.

می‌توانید با درگ کردن لغزنده‌ی موجود در این فهرست نحوه‌ی نمایش آیکون‌ها را تغییر دهید.
نمای انتخابی کاملاً به کاربر بستگی دارد.
نمایی که انتخاب می‌کنید،‌ محتویات پوشه را به هیچ وجه تغییر نمی‌دهد، بلکه تنها در نحوه‌ی نمایش آن‌ها تغییر ایجاد می‌کند.
مجدداً بر روی آن کلیک کرده و نمای Details را انتخاب کنید، چرا که علاوه بر نام فایل‌ها و پوشه‌ها، تاریخ و نوع آیتم‌ها را نیز نشان می‌دهد. در صورت امکان اندازه‌ی فایل‌ها را هم دراین نما مشاهده خواهید کرد.

در صورتی که از این نما راضی نیستید،‌ کافی است روی فلش کنار دکمه‌ی view کیک و سپس روی نمای دلخواه کلیک کنید.
هنگامی که نمای Details فعال باشد، می‌توانید روی عناوین هر ستون کلیک کرده و ترتیب فایل‌ها و پوشه‌ها را در این فهرست تغییر دهید.

به عنوان مثال با کلیک بر روی عنوان ستون Date Modified، ابتدا آیتم‌هایی قرار می‌گیرند که اخیراً دچار تغییر شده‌اند.
برای آن‌که آن‌ها را مجدداً طبق حروف الفبا مرتب نمایید،‌ کافی است روی عنوان Name کلیک کنید. کلیک مجدد روی هر عنوان ترتیب فهرست را برعکس می‌کند.
و آخرین مطلب این‌که می‌توانید با نگاه کردن به بالای پنجره همواره نام پوشه‌ای که در درون آن هستید را ملاحظه نمایید.
به عنوان مثال با باز کردن پوشه‌ی Heat می‌توانید مسیر این پوشه را مشخص کنید. در این‌جا پوشه‌ی زرد رنگ،‌ نشان دهنده‌ی پوشه‌ی دسکتاپ است، بعد از آن پوشه‌ی Bills و بعد از آن پوشه‌ی Heat قرار دارد.

برای باز گشتن به پوشه‌ی Bills یا روی دکمه‌ی Back کلیک کنید و یا در قسمت بالا، عنوان Bills را کلیک نمایید.
در این درس نظام اصلی سلسله مراتبی فایل و پوشه بررسی شد. همچنین روش‌های مختلف مشاهده‌ی پوشه‌ها را مشاهده نمودید.

معنی فارسی file