هارد دیسک ها و سیستم عامل های مختلف از سیستم های فایل مختلف استفاده می کنند و این چیزی است که شما باید بدانید.
درک سیستم های فایل برای مدیریت داده های دیجیتال شما بسیار مهم است. چه یک کاربر معمولی رایانه یا یک متخصص فناوری اطلاعات باشید، داشتن یک درک اولیه از سیستم های فایل می تواند به شما کمک کند تا تصمیمات بهتری در مورد ذخیره سازی داده های خود بگیرید. بیایید مفهوم سیستم فایل را ابهام زدایی کنیم، برخی از تصورات غلط رایج را اصلاح کنیم و اصطلاحات مربوط به سیستم فایل را تجزیه کنیم.
سیستم های فایل چیست؟
سیستم‌های فایل فناوری زیربنایی هستند که سیستم‌عامل‌ها از آن برای سازماندهی داده‌ها در دستگاه‌های ذخیره‌سازی مانند هارد دیسک‌ها، SSD و درایوهای فلش استفاده می‌کنند. آنها نحوه ذخیره و بازیابی داده ها را کنترل می کنند و اطمینان حاصل می کنند که فایل های رایانه شما به راحتی در دسترس هستند و به درستی سازماندهی می شوند.
بدون سیستم فایل، رایانه شما نمی‌داند چگونه داده‌ها را ذخیره کند یا در صورت نیاز کجا آن را پیدا کند. سیستم های فایل مانند کتابداران رایانه شما هستند که داده ها را برای دسترسی و ذخیره سازی کارآمد فهرست نویسی و سازماندهی می کنند.
1. چربی
FAT (جدول تخصیص فایل) یکی از ساده ترین و شناخته شده ترین سیستم های فایل است. مایکروسافت FAT را در سال 1977 معرفی کرد و شاهد بروز رسانی ها و انواع مختلفی از آن بود. FAT به دلیل سادگی و سازگاری گسترده اش شناخته شده است و آن را به گزینه ای محبوب برای دستگاه های ذخیره سازی قابل جابجایی تبدیل می کند.
نسخه های مختلفی از FAT از جمله FAT16، FAT32 و exFAT وجود دارد که هر کدام دارای موارد استفاده و محدودیت های خاصی هستند. FAT16، قدیمی ترین نسخه، دارای حداکثر حجم فایل 4 گیگابایت و حداکثر اندازه پارتیشن 4 گیگابایت است. FAT32 که در ویندوز 95 معرفی شد، حداکثر اندازه پارتیشن را به 2 ترابایت افزایش داد (از نظر فنی 8 ترابایت، اما محدودیت در اندازه بخش فایل 512 بایت به معنای وجود محدودیت عملی 2 ترابایتی است) اما محدودیت حجم فایل 4 گیگابایت را حفظ کرد.
از سوی دیگر، exFAT، یکی دیگر از سیستم های فایل مایکروسافت که در سال 2006 معرفی شد، برای درایوهای فلش و کارت های SD به دلیل توانایی آن در مدیریت فایل های حجیم و سازگاری با ویندوز و macOS محبوب است. این محدودیت اندازه فایل را حذف می کند، و آن را برای ذخیره فایل های بزرگ مانند فیلم های HD ایده آل می کند.
2. NTFS
NTFS (سیستم فایل فناوری جدید) سیستم فایل پیش فرض ویندوز است. NTFS که با ویندوز NT در سال 1993 معرفی شد، چندین پیشرفت را نسبت به FAT به ارمغان آورد، از جمله عملکرد بهتر، قابلیت اطمینان بهبود یافته، و پشتیبانی از مجوزهای فایل و رمزگذاری.
یکی از ویژگی های مهم NTFS پشتیبانی آن از حجم فایل های بزرگ است. در حالی که NTFS می تواند از لحاظ فنی اندازه فایل تا 16EB را پشتیبانی کند، در عمل، سیستم عامل ویندوز در حال حاضر از اندازه فایل تا 256 ترابایت پشتیبانی می کند.
قابلیت اطمینان بهبود یافته یک ارتقاء بزرگ NTFS نسبت به FAT بود. به عنوان یک سیستم فایل ژورنالینگ، NTFS فایل‌ها را ثبت می‌کند و سازگاری داده‌ها را قبل از تلاش برای بازیابی آنها در پی یک خطای سیستم بررسی می‌کند. اگر خطایی شناسایی شود، NTFS می‌تواند داده‌ها را مجدداً نقشه‌برداری کند، و احتمالاً از دست دادن داده‌های ناشی از خرابی را بازیابی می‌کند.
3. HFS+
HFS+ (Hierarchical File System Plus)، همچنین به عنوان Mac OS Extended شناخته می شود، تا زمان معرفی APFS، سیستم فایل اصلی برای macOS بود (به زیر مراجعه کنید). HFS+ که در سال 1998 با سیستم عامل Mac OS 8.1 معرفی شد، چندین پیشرفت را نسبت به نسخه قبلی خود، HFS، از جمله پشتیبانی از نام فایل یونیکد و بهبود محدودیت‌های اندازه فایل، به همراه داشت.
+HFS می تواند فایل ها و حجم های تا 8EB (معادل 8 میلیون ترابایت) را پشتیبانی کند. HFS+ همچنین به اندازه بلوک های متغیر اجازه می دهد، فضای دیسک و استفاده را برای کاربران macOS بهینه می کند.
4. APFS
APFS (سیستم فایل اپل) سیستم فایل پیش فرض برای macOS High Sierra و نسخه های جدیدتر است. APFS که در سال 2017 با macOS High Sierra معرفی شد، برای جایگزینی HFS+ طراحی شد و برای SSD ها (با اضافه شدن پشتیبانی از مدیریت داده های TRIM و طرح پارتیشن GPT) بهینه شده است. این شامل ویژگی هایی مانند رمزگذاری قوی، اشتراک گذاری فضا، شبیه سازی فایل ها و دایرکتوری ها، و عکس های فوری است.
اشتراک‌گذاری فضا به چندین جلد اجازه می‌دهد تا فضای آزاد زیرین یکسانی را به اشتراک بگذارند و نیاز به پارتیشن‌بندی را از بین می‌برد. شبیه سازی امکان ایجاد نسخه های فوری از فایل ها و دایرکتوری ها را بدون مصرف فضای اضافی فراهم می کند. Snapshot ها یک نمونه نقطه در زمان و فقط خواندنی از سیستم فایل را ارائه می دهند که به شما امکان می دهد در صورت از دست دادن داده یا خرابی به حالت قبلی برگردید.
رمزگذاری کامل دیسک بومی یکی دیگر از موارد افزوده مهم به APFS بود. در جایی که HFS+ دارای ویژگی‌هایی مانند رمزگذاری پس از راه‌اندازی اولیه بود، اپل از همان ابتدا چندین نوع رمزگذاری کامل دیسک را با APFS اضافه کرد.
با این حال، دلایل مختلفی وجود دارد که چرا برخی از کاربران HFS+ را به APFS ترجیح می دهند.
5. ZFS
ZFS (Zettabyte File System) یک سیستم فایل قوی است که به دلیل یکپارچگی داده ها و مقیاس پذیری شناخته شده است. ZFS که توسط Sun Microsystems برای سیستم عامل سولاریس توسعه یافته است، چیزی بیش از یک فایل سیستم است. این یک سیستم فایل ترکیبی و مدیریت حجم منطقی است که یکپارچگی داده ها را در کل مسیر داده تضمین می کند.
یکی از ویژگی های کلیدی آن کپی در نوشتن (CoW) است. جایی که یک سیستم فایل معمولی هنگام تغییر یا به‌روزرسانی داده‌ها را بازنویسی می‌کند، CoW داده‌ها را در یک بلوک جدید می‌نویسد. از آنجایی که داده ها به سرعت بازنویسی نمی شوند، به حفظ اطلاعات برای مدت طولانی تری کمک می کند و عکس های فوری سیستم را فعال می کند.
در حالی که ZFS در دنیای یونیکس محبوب است، به سیستم های مبتنی بر یونیکس محدود نمی شود. همچنین در برخی از توزیع‌های لینوکس استفاده می‌شود و به ویندوز منتقل شده است (اگرچه OpenZFS یک پروژه بتا است، بنابراین با در نظر گرفتن آن از آن استفاده کنید). از ویژگی های ZFS می توان به محافظت در برابر خرابی داده ها، پشتیبانی از ظرفیت های ذخیره سازی بالا، فشرده سازی کارآمد داده ها، یکپارچه سازی سیستم فایل و مفاهیم مدیریت حجم و موارد دیگر اشاره کرد.
6. ext4
ext4 (چهارمین فایل سیستم توسعه یافته) سیستم فایل پیش فرض برای بسیاری از توزیع های لینوکس است. این یک سیستم فایل ژورنال است، به این معنی که یک “ژورنال” از محل قرارگیری فایل ها روی دیسک و هر تغییری که در آن فایل ها ایجاد می کند را نگه می دارد، که می تواند به بازیابی اطلاعات در صورت قطع برق یا خرابی سیستم کمک کند.
ext4 از اندازه فایل و حجم بزرگ (به ترتیب تا 16 ترابایت و 1 EB)، سازگاری با سیستم های فایل ext2 و ext3 و چندین ویژگی دیگر که عملکرد و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد، پشتیبانی می کند.
به عنوان مثال، پیش تخصیص مداوم اجازه می دهد تا قبل از ایجاد یک فایل، فضا برای آن رزرو شود، که در برنامه های خاصی مانند پخش جریانی چند رسانه ای یا مدیریت پایگاه داده مفید است، در حالی که تخصیص تاخیری با اتخاذ تصمیمات هوشمندانه تر در مورد مکان قرار دادن فایل ها، به بهبود عملکرد و کاهش پراکندگی کمک می کند.
با این حال، برخلاف btrfs و ZFS، ext4 از عکس‌های فوری یا فشرده‌سازی داده‌های داخلی پشتیبانی نمی‌کند – اما بسیاری از پروژه‌ها می‌توانند این قابلیت را اضافه کنند.
7. btrfs
btrfs (سیستم فایل B-tree) یک سیستم فایل جدیدتر است که برای رفع نیازهای سیستم های ذخیره سازی مدرن طراحی شده است. این سیستم فایل نسل بعدی برای لینوکس توصیف شده است، و شامل چندین ویژگی پیشرفته است که در ext4 یافت نمی شود (که ممکن است شما را به این فکر کند که آیا از ext4 یا btrfs برای سیستم فایل لینوکس خود استفاده کنید).
یکی از ویژگی های کلیدی btrfs پشتیبانی آن از عکس های فوری است که کپی های لحظه ای از داده های شما هستند. این می تواند برای پشتیبان گیری و بازیابی اطلاعات فوق العاده مفید باشد. btrfs همچنین از کپی کردن داده ها (یک تکنیک صرفه جویی در فضا)، عملکرد RAID داخلی و حداکثر اندازه حجم 16 EB پشتیبانی می کند که آن را برای راه حل های ذخیره سازی در مقیاس بزرگ مناسب می کند.
btrfs هنوز در حال توسعه است و ممکن است به اندازه ext4 یا ZFS پایدار یا به طور گسترده پشتیبانی نشود. با این حال، ویژگی های پیشرفته و پتانسیل آینده آن، آن را به گزینه ای جالب برای بسیاری از کاربران و مدیران تبدیل می کند.
سیستم فایل ژورنالینگ چیست؟
یک سیستم فایل “ژورنال”، مانند NTFS، ext4، و APFS، یک “ژورنال” یا گزارش تغییراتی را که هنوز به سیستم فایل اصلی متعهد نشده اند، نگه می دارد. گزارش می‌تواند حاوی اطلاعاتی در مورد فراداده‌های مربوط به فایل‌ها، مانند مکان، اندازه، و مهرهای زمانی باشد، اما می‌تواند محتوای فایل را در برخی از سیستم‌ها نیز شامل شود. ثبت گزارش-ژورنال-می تواند از خراب شدن داده ها در صورت خرابی سیستم یا قطع برق جلوگیری کند.
هنگامی که سیستم پس از خرابی راه اندازی مجدد می شود، سیستم فایل می تواند از ژورنال برای تعمیر هرگونه ناهماهنگی و اطمینان از یکپارچگی داده ها استفاده کند.
آیا RAID یک نوع فایل سیستم است؟
رابطه بین RAID (آرایه اضافی از دیسک‌های ارزان قیمت) و سیستم‌های فایل در ذخیره‌سازی و مدیریت داده‌ها بسیار مهم است. در حالی که سیستم های فایل مدیریت نحوه ذخیره داده ها بر روی دیسک ها را مدیریت می کنند، RAID روشی برای ترکیب چند دیسک در یک واحد منطقی واحد برای افزونگی یا بهبود عملکرد است. RAID معمولاً مستقل از سیستم فایل مورد استفاده است، اما سیستم فایل مورد استفاده بر قابلیت های RAID تأثیر می گذارد.
RAID می تواند در برابر خرابی دیسک محافظت کند، ظرفیت ذخیره سازی را افزایش دهد و عملکرد را بهبود بخشد، اما جایگزینی برای یک سیستم فایل خوب نیست. یک سیستم فایل قوی مانند ZFS یا NTFS می تواند با ارائه ویژگی های اضافی مانند بررسی یکپارچگی داده ها و مجوزهای فایل، RAID را تکمیل کند.
از کدام فایل سیستم باید استفاده کرد؟
سیستم های فایل مختلف برای برنامه های مختلف مناسب هستند و سیستم عامل شما معمولاً سیستم فایلی را که استفاده می کنید تعریف می کند.
به عنوان مثال، NTFS برای هارد دیسک های داخلی در سیستم های ویندوز ایده آل است، در حالی که FAT32 یا exFAT ممکن است انتخاب بهتری برای درایوهای قابل جابجایی باشد که باید با چندین سیستم عامل سازگار باشند. APFS یا HFS+ بهترین انتخاب برای سیستم های مک خواهد بود، در حالی که یک سیستم لینوکس ممکن است بسته به نیازهای خاص از ext4 یا ZFS بهره مند شود.
در نهایت، بهترین سیستم فایل به نیازهای خاص و سخت افزار شما بستگی دارد. با درک نقاط قوت و ضعف هر فایل سیستم، می توانید تصمیمی آگاهانه بگیرید و بهترین سیستم فایل را متناسب با نیاز خود انتخاب کنید.