فایل سیستم چیست و چه کاربردی دارد؟ - وبلاگ انجمن ها

به گزارش وبلاگ انجمن ها، احتمالا اگر سر وکار تان با فایل های کامپیوتری زیاد باشد و یا قصد فرمت کردن فلش، هارد و یا کارت حافظه خود را داشته باشید، نام فایل های سیستم مانند FAT32، NTFS وexFAT به گوشتان خورده است. آیا می دانید این فایل های سیستم چه تفاوتی با هم دارند؟ چرا بعضی از این فرمت ها در بعضی دستگاه ها پشتیبانی نمی شوند و بعضی دیگر محدودیت هایی برای انتقال فایل دارند؟ اینجاست که معرفی فایل سیستم اهمیت پیدا می نمایند.

به طور کلی و به زبان ساده، فایل سیستم یک روش سازمان دهی و مدیریت داده ها روی حافظه های ذخیره سازی است. وقتی یک دستگاه ذخیره سازی مثل هارد دیسک، SSD، فلش مموری یا کارت حافظه را به کامپیوتر متصل می کنید، سیستم عامل باید بداند که اطلاعات چگونه ذخیره و بازیابی شوند. فایل سیستم دقیقا همین کار را انجام می دهد؛ یعنی معین می نماید داده ها در کجا قرار بگیرند، چگونه خوانده شوند و چه قوانینی برای دسترسی به آن ها وجود داشته باشد. در ادامه مطلب معرفی فایل سیستم، به آنالیز ویژگی ها، مزایا و معایب هر یک از این فایل سیستم ها خواهیم پرداخت.

خواندنی ها

8 راه چاره برای حل مشکل عدم شناسایی کارت حافظه SD در ویندوز

معرفی فایل سیستم ها به صورت کلی

فایل سیستم یک ساختار سازمان یافته است که به یاری آن مشخص می گردد که چگونه داده ها روی یک دستگاه ذخیره سازی مانند هارد دیسک، کارت حافظه، فلش مموری و حتی CD/DVD ذخیره، مدیریت و بازیابی شوند. این سیستم نقش کلیدی در عملکرد سیستم عامل ایفا می نماید، زیرا بدون آن، سیستم قادر به خواندن یا نوشتن اطلاعات روی حافظه نخواهد بود. فایل سیستم ها از چند بخش اصلی تشکیل شده اند. یکی از مهم ترین بخش ها جدول تخصیص فایل ها (File Allocation Table) است که معین می نماید هر فایل در کدام قسمت از حافظه واقع شده است. علاوه بر آن، متادیتا (Metadata) شامل اطلاعاتی مانند نام فایل، مقدار، تاریخ ایجاد و تغییر و سطح دسترسی فایل را در خود نگه می دارد. بعلاوه دایرکتوری ها (Directories) فایل ها را گروه بندی می نمایند تا سازمان دهی بهتری داشته باشند.

یکی از مهم ترین وظایف فایل سیستم، مدیریت فضای ذخیره سازی است. هر فایل در حافظه در قالب بلوک های داده ای ذخیره می گردد و فایل سیستم معین می نماید که این بلوک ها چگونه اختصاص داده شوند تا فضای هدررفته به حداقل برسد. بعلاوه بعضی از فایل سیستم ها دارای قابلیت ژورنالینگ هستند که در صورت قطع ناگهانی برق یا خرابی سیستم، از دست رفتن اطلاعات را کاهش می دهند.

چرا فایل سیستم های مختلفی وجود دارند؟

علت اصلی این است که احتیاجهای ذخیره سازی در شرایط مختلف فرق دارد. بعضی از فایل سیستم ها مانند FAT32 بسیار قدیمی و ساده هستند و در بیشتر دستگاه ها قابل استفاده اند اما محدودیت هایی مانند عدم پشتیبانی از فایل های بزرگ تر از 4 گیگابایت دارند. انتخاب یک فایل سیستم مناسب بستگی به سیستم عامل، نوع دستگاه و احتیاجهای کاربر دارد. اگر بخواهید یک فلش مموری را روی دستگاه های مختلف بهره ببرید، exFAT انتخاب بهتری خواهد بود. اگر امنیت داده ها برای شما مهم است، NTFS گزینه مناسبی است. بعضی فایل سیستم ها برای دیسک های سخت سنتی طراحی شده اند، در حالی که بعضی دیگر برای حافظه های SSD بهینه سازی شده اند.

انواع فایل سیستم

ویندوز، لینوکس و مک هرکدام فایل سیستم های مخصوص خود را دارند که برای احتیاجهای خاصی طراحی شده اند. هر فایل سیستم قابلیت ها، مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد و انتخاب آن تاثیر زیادی بر سرعت، امنیت و عملکرد ذخیره سازی دارد.

فایل سیستم های ویندوز

برای ویندوز چندین فایل سیستم وجود دارد که هرکدام برای کاربردهای مختلفی بهینه شده اند.

فایل سیستم؛ FAT32

فایل سیستم FAT32 که مخفف File Allocation Table 32-bit است، در سال 1996 همراه با ویندوز 95 OSR2 معرفی گردید و نسخه تکامل یافته ای از FAT16 و FAT12 محسوب می گردد. این فایل سیستم با بیشتر سیستم عامل ها مانند ویندوز، لینوکس، مک و اندروید سازگار است، به همین علت به عنوان گزینه ای استاندارد در بسیاری از درایوهای فلش و کارت های حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، دارای محدودیت هایی مانند حدبیشتر مقدار فایل 4 گیگابایت و حدبیشتر ظرفیت پارتیشن 2 ترابایت است که آن را برای استفاده های مدرن نامناسب می نماید.

فایل سیستم؛ exFAT

exFAT نسخه بهبودیافته FAT32 است که محدودیت مقدار فایل را ندارد و برای حافظه های فلش و هاردهای اکسترنال بسیار مناسب است. این فایل سیستم برخلاف FAT32، از فایل هایی با حجم بیشتر از 4 گیگابایت پشتیبانی می نماید و بعلاوه در بیشتر سیستم عامل ها بدون احتیاج به نصب درایورهای اضافی قابل استفاده است.

NTFS

NTFS (New Technology File System) یکی از مهم ترین و پیشرفته ترین فایل سیستم ها است که به وسیله مایکروسافت برای استفاده در سیستم عامل ویندوز توسعه داده شده است. این فایل سیستم به طور ویژه برای استفاده در درایوهای داخلی و محیط های دسکتاپ طراحی شده و ویژگی های بسیار مفیدی را برای بهبود عملکرد، امنیت و کارایی به ارمغان می آورد. از ویژگی های برجسته NTFS، می توان به پشتیبانی از امنیت بالای داده ها اشاره نمود. این فایل سیستم مشخص مجوزهای دسترسی دقیق برای فایل ها و پوشه ها را فراهم می نماید، به طوری که کاربران مختلف می توانند در فایل ها و پوشه های خاص فقط برای خواندن، نوشتن یا اجرا دسترسی داشته باشند. این قابلیت به ویژه در محیط های سازمانی که امنیت داده ها اهمیت زیادی دارد، بسیار کاربردی است. بعلاوه NTFS از رمزنگاری داده ها به وسیله ابزارهایی مانند EFS (Encrypting File System) استفاده می نماید که امنیت فایل ها را در مقابل دسترسی های غیرمجاز به طور موثری افزایش می دهد.

قابلیت دیگر فشرده سازی فایل ها در NTFS است که به یاری آن می توانید حجم فایل ها را بدون از دست دادن کیفیت آن ها کاهش دهید. این ویژگی برای کسانی که با حجم زیادی از داده ها سر و کار دارند، مانند کاربران حرفه ای و متخصصین IT، بسیار مفید است. در کنار این، NTFS از ژورنالینگ پشتیبانی می نماید. این ویژگی یاری می نماید تا اطلاعات مربوط به تغییرات در فایل ها به طور اتوماتیک ذخیره گردد، به طوری که در صورت وقوع خرابی ناگهانی سیستم یا قطع برق، فرآیند بازیابی اطلاعات بسیار سریع تر و موثرتر انجام گیرد. ژورنالینگ به طور خاص برای اطمینان از یکپارچگی داده ها و جلوگیری از از دست دادن اطلاعات پس از خرابی های سیستم طراحی شده است. البته در کنار این مزایا، NTFS به طور اتوماتیک از قابلیت های بازیابی اطلاعات برخوردار است. پس اگر سیستم به طور ناگهانی خاموش گردد یا یک فایل آسیب ببیند، این نوع فایل می تواند از داده های آسیب دیده نسخه ای پیدا کند و آن ها را بازیابی کند. این ویژگی در مقایسه با فایل سیستم های قدیمی تر مانند FAT32 که فاقد چنین قابلیتی هستند، به طور قابل توجهی بر امنیت و پایداری اطلاعات تاثیر می گذارد.

اما این فایل سیستم محدودیت هایی هم دارد؛ در سیستم عامل های غیر ویندوزی مانند مک و لینوکس به طور پیش فرض پشتیبانی نمی گردد. اگر ویندوز روی مک نداشته باشید، در مک، NTFS تنها به صورت فقط خواندنی (Read-Only) پشتیبانی می گردد، به این معنی که کاربران مک نمی توانند به طور مستقیم فایل ها را بر روی درایوهایی که از فایل سیستم NTFS استفاده می نمایند، ویرایش یا حذف نمایند. برای نوشتن و تغییر فایل ها روی درایو NTFS در مک، به نرم افزارهای شخص ثالث احتیاج است. در لینوکس هم NTFS به طور پیش فرض پشتیبانی نمی گردد و برای استفاده از آن باید بسته های نرم افزاری اضافی نصب گردد. این محدودیت ها، به ویژه برای کاربرانی که از سیستم عامل های مختلف استفاده می نمایند، ممکن است به مسائلی منجر گردد. با این حال، NTFS همچنان به عنوان برترین گزینه برای حافظه های داخلی ویندوز باقی می ماند، زیرا عملکرد بالایی در مدیریت داده ها، ارائه امنیت و پایداری سیستم دارد.

فایل سیستم های لینوکس

اگر از سیستم لینوکس استفاده می کنید و نمی خواهید با مسائل مهاجرت به لینوکیس روبرو شوید، باید با فایل سیستم های لینوکس آشنایی داشته باشید. لینوکس دارای چندین فایل سیستم است که هرکدام برای استفاده در سرورها، دسکتاپ و سیستم های تعبیه شده طراحی شده اند.

ext2

یکی از قدیمی ترین فایل سیستم های لینوکس است که در گذشته برای توزیع های اولیه این سیستم عامل استفاده می شد. این فایل سیستم از ژورنالینگ پشتیبانی نمی نماید، به همین علت در صورت قطع برق یا خرابی سیستم، احتمال از دست رفتن اطلاعات بیشتر است. امروزه استفاده از ext2 به حداقل رسیده و بیشتر در محیط های خاص مانند حافظه های فلش کاربرد دارد.

ext3

ext3 همانطور که از نام آن پیداست، به نسخه بهبودیافته ext2 شناخته می گردد که قابلیت ژورنالینگ را اضافه نموده و باعث بهبود امنیت داده ها و کاهش احتمال خرابی اطلاعات شده است. این فایل سیستم همچنان در بعضی توزیع های لینوکس قدیمی استفاده می گردد اما به علت محدودیت های عملکردی، جای خود را به نسخه های نوتر داده است.

ext4

ext4 نسخه پیشرفته تر فایل سیستم های ext است که بهینه سازی خوبی در سرعت، کارایی و مدیریت فضای ذخیره سازی دارد. این فایل سیستم از ویژگی هایی مانند پشتیبانی از فایل های بزرگ تر، عملکرد بهتر در دیسک های SSD و HDD و افزایش سرعت دسترسی به داده ها بهره می برد. امروزه ext4 یکی از پرکاربردترین فایل سیستم ها در لینوکس است و در بسیاری از توزیع ها به عنوان گزینه پیش فرض استفاده می گردد.

XFS

علاوه بر این، XFS هم یک فایل سیستم بسیار قدرتمند و سریعی است که به وسیله شرکت SGI برای پردازش های سنگین و سیستم های سرور طراحی شده است. این نوع فایل سیستم به علت پشتیبانی از حجم بالای داده ها و سرعت خواندن و نوشتن بالا برای محیط هایی که احتیاج به پردازش فایل های حجیم دارند، مانند سیستم های ویدیویی و سرورها، گزینه ای عالی محسوب می گردد.

Btrfs

بعلاوه Btrfs (B-Tree File System) یک فایل سیستم مدرن است که به وسیله شرکت Oracle توسعه داده شده و دارای ویژگی های پیشرفته ای مانند پشتیبانی از اسنپ شات، فشرده سازی، آنالیز یکپارچگی داده ها و مدیریت انعطاف پذیر حجم های ذخیره سازی است. Btrfs به عنوان جایگزینی برای ext4 در نظر گرفته شده و در بعضی از توزیع های لینوکس مانند openSUSE و Fedora به صورت پیش فرض استفاده می گردد.

فایل سیستم های مک

اپل هم از این غافله عقب نمانده است و سیستم عامل مک (macOS) فایل سیستم های اختصاصی خود را طراحی و استفاده نموده است.

+HFS

HFS+ (Hierarchical File System Plus) فایل سیستم قدیمی اپل است که سال ها در نسخه های مختلف macOS استفاده می شد. این فایل سیستم از ویژگی هایی مانند ژورنالینگ، فشرده سازی داده ها و بهینه سازی برای درایوهای مکانیکی بهره می برد؛ اما به علت محدودیت هایی در مدیریت حافظه های SSD و عملکرد پایین تر نسبت به گزینه های نوتر، اپل در نسخه های اخیر مک او اس آن را با فایل سیستم نوتری جایگزین نموده است.

APFS

APFS (Apple File System) به عنوان فایل سیستم مدرن اپل شناخته می گردد که به طور اختصاصی برای SSDها طراحی شده و عملکرد، امنیت و پایداری بهتری نسبت به HFS+ دارد. ویژگی هایی مانند اسنپ شات، رمزنگاری پیشرفته، مدیریت بهینه فضای ذخیره سازی و افزایش سرعت خواندن و نوشتن داده های APFS، محبوبیت آن را دو چندان نموده است. از macOS High Sierra به بعد، APFS به عنوان فایل سیستم پیش فرض برای مک بوک ها، آیفون ها و آیپدها استفاده می گردد.

چگونه فایل سیستم انتخاب کنیم؟

انتخاب فایل سیستم مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله نوع دستگاه ذخیره سازی، سیستم عاملی که استفاده می کنید، نوع داده هایی که ذخیره می کنید و احتیاجهای خاصی مانند امنیت، سرعت یا سازگاری با دیگر سیستم ها. در هنگام انتخاب فایل سیستم، ابتدا باید معین کنید که چه نوع استفاده ای از حافظه ذخیره سازی خود دارید. آیا قصد دارید از آن در سیستم عامل های مختلف بهره ببرید؟ آیا فایل هایی با حجم بالا روی آن ذخیره خواهید کرد؟ آیا احتیاج به رمزگذاری و امنیت داده ها دارید؟ پاسخ به این پرسش ها می تواند به شما در انتخاب گزینه مناسب یاری کند.

برای مثال در فلش مموری و یا ابزار های مشابه که قرار است روی سیستم های مختلف از جمله ویندوز، مک و لینوکس استفاده شوند، exFAT گزینه مناسبی است، زیرا محدودیت های FAT32 را ندارد و در عین حال روی بیشتر سیستم عامل ها بدون احتیاج به نرم افزار اضافی قابل استفاده است. اگر دستگاه شما فقط با ویندوز کار می نماید و احتیاج به ویژگی هایی مانند مجوزهای دسترسی، فشرده سازی فایل ها و رمزگذاری دارید، NTFS برترین گزینه خواهد بود. با این حال، باید توجه داشت که این فایل سیستم به صورت پیش فرض در مک فقط به صورت خواندنی قابل استفاده است و برای نوشتن روی آن احتیاج به ابزارهای اضافی دارید.

اگر سیستم اصلی شما لینوکس است، ext4 می تواند یک پیشنهاد رایج و مناسب باشد که عملکرد بهتری نسبت به نسخه های قدیمی تر دارد و برای استفاده در حافظه های SSD و HDD بهینه شده است. با این حال، اگر احتیاج به ویژگی های پیشرفته تری مانند اسنپ شات و آنالیز یکپارچگی داده ها دارید، Btrfs گزینه مناسب تری خواهد بود. برای سرورها و پردازش های سنگین، XFS به علت سرعت بالا در خواندن و نوشتن فایل های بزرگ می تواند انتخاب بهتری باشد. بعلاوه اگر از هواداران محصولات اپل هستید و از سیستم عامل macOS استفاده می کنید، APFS می تواند برترین گزینه روی میز برای درایوهای SSD و حافظه های فلش باشد، زیرا سرعت بیشتری دارد و ویژگی هایی مانند رمزگذاری قوی و بهینه سازی فضای ذخیره سازی را ارائه می دهد. اما اگر قصد دارید حافظه خود را با نسخه های قدیمی تر macOS یا دیگر سیستم عامل ها به اشتراک بگذارید، +HFS پیشنهاد بهتری است، زیرا APFS روی ویندوز یا لینوکس به صورت پیش فرض پشتیبانی نمی گردد.

اگر قصد خرید برترین هارد دیسک را دارید و می خواهید از آن برای ذخیره سازی فایل های بزرگ یا آرشیو داده ها بهره ببرید، باید به ویژگی هایی مانند پشتیبانی از فایل های حجیم، امنیت داده ها و عملکرد بهینه توجه داشته باشید. برای مثال، NTFS، exFAT و APFS همگی می توانند فایل هایی با حجم بسیار بالا را ذخیره نمایند، اما اگر می خواهید در سیستم های مختلف به این فایل ها دسترسی داشته باشید، exFAT گزینه بهتری خواهد بود. از سوی دیگر، اگر یک هارد اکسترنال دارید که بیشتر روی ویندوز استفاده می گردد و می خواهید قابلیت هایی مانند مجوزهای دسترسی و بازیابی داده ها را داشته باشید، NTFS گزینه مناسب تری است.

یکی دیگر از نکات مهم هنگام انتخاب فایل سیستم، قابلیت بازیابی اطلاعات در صورت خرابی است. فایل سیستم هایی که از ژورنالینگ پشتیبانی می نمایند، مانند NTFS، ext3، ext4، HFS+ و APFS، در برابر مسائلی مانند قطع ناگهانی برق یا خرابی سیستم مقاومت بیشتری دارند و احتمال از دست رفتن اطلاعات در آن ها کمتر است. اما اگر به حدبیشتر سرعت و کمترین پیچیدگی احتیاج دارید و بازیابی اطلاعات برایتان اهمیت زیادی ندارد، فایل سیستم هایی مانند exFAT می توانند انتخاب مناسبی باشند.

تغییر فرمت فایل سیستم و تاثیر آن ها بر عملکرد

گاهی به دلایل مختلفی احتیاج پیدا خواهید که فایل سیستم را به نوع دیگری تبدیل کنید. این موضوع می تواند برای استفاده بهینه از فضای ذخیره سازی و بعلاوه بهبود کارایی سیستم های ذخیره سازی انجام گردد. هنگامی که فایل سیستم یک دستگاه ذخیره سازی تغییر می نماید، داده ها و ساختارهای ذخیره سازی آن بر اساس نوع نو فایل سیستم سازمان دهی می شوند. حتما پیش از آغاز این فرایند باید ابتدا اطلاعات موجود در دستگاه پشتیبان گیری گردد، زیرا این فرایند معمولا به صورت کلی داده ها را از بین می برد. این فرمت دهی یا تغییر فایل سیستم می تواند از یک فایل سیستم به فایل سیستم دیگری صورت گیرد، به طور مثال از FAT32 به exFAT یا از NTFS به APFS. برای این منظور، ابزارهای مختلفی مانند نرم افزارهای مدیریت دیسک در سیستم عامل های ویندوز، مک و لینوکس وجود دارند که این فرایند را به سادگی انجام می دهند.

یکی از نکات مهم در تغییر فرمت حافظه ها، تاثیر آن بر سرعت و کارایی است. برای مثال، در حافظه های SSD، فایل سیستم هایی مانند exFAT و NTFS معمولا بهتر از FAT32 عمل می نمایند؛ زیرا این سیستم قابلیت بهینه سازی برای ذخیره سازی داده ها را دارند. NTFS به ویژه با پشتیبانی از ویژگی های پیشرفته مانند فشرده سازی، رمزگذاری و مجوزهای دسترسی، به عملکرد بهتر حافظه های SSD یاری می نماید. در حافظه های HDD هم انتخاب فایل سیستم تاثیر بالایی بر سرعت و کارایی دارد. برای مثال، فایل سیستم NTFS که برای حافظه های داخلی طراحی شده اند، به طور ویژه برای استفاده در دیسک های سخت سنتی پیشنهاد می شوند. این فایل سیستم از ویژگی های خاصی مانند ژورنالینگ و بازیابی داده ها پشتیبانی می نماید که در برابر خرابی های سیستمی یا قطع برق از داده ها محافظت می نماید. بعلاوه، فایل سیستم های ext4 و XFS در لینوکس برای دیسک های سخت بهتر ند و از سرعت و کارایی بالاتری از مدیریت داده ها برخوردارند.

نکته دیگری که باید به آن توجه کرد تاثیر فایل سیستم بر عملکرد در شرایط خاص است. مثلا در سیستم هایی که حجم زیادی از داده های بزرگ را مدیریت می نمایند، مانند سرورها و مراکز داده، فایل سیستم هایی مانند XFS و Btrfs به علت توانایی در پردازش فایل های حجیم و پشتیبانی از چندین ورودی و خروجی همزمان (I/O)، عملکرد بهتری ارائه می دهند. از سوی دیگر، اگر قرار است از دستگاه ذخیره سازی در محیط هایی با منابع محدودتر مانند دستگاه های قابل حمل استفاده گردد، تغییر به فایل سیستمی مانند exFAT که محدودیت های FAT32 را ندارد، می تواند عملکرد سیستم را بهبود بخشد. در حافظه های SSD به علت محدودیت تعداد نوشتارها و بازنویسی ها بر روی سلول های حافظه، فایل سیستم هایی که از نوشتن و خواندن متناوب کمتر پشتیبانی می نمایند، می توانند موجب کاهش عمر دستگاه شوند. در این زمینه، APFS در حافظه های SSD اپل با بهینه سازی فرآیندها و کاهش تعداد نوشتارهای غیرضروری، می تواند به افزایش طول عمر SSD یاری کند. در مقابل، فایل سیستم هایی مانند ext4 در دیسک های HDD به خوبی کار می نمایند و باعث استفاده بهینه از منابع ذخیره سازی می شوند.

فایل سیستم؛ سخن پایانی

انتخاب فایل سیستم مناسب بستگی به نوع سیستم عامل و احتیاجهای کاربر دارد. برای ویندوز، NTFS برترین گزینه برای درایوهای داخلی و exFAT مناسب ترین گزینه برای حافظه های قابل حمل است. در لینوکس، ext4 برای استفاده عمومی، XFS برای سرورها و Btrfs برای سیستم های پیشرفته انتخاب می گردد. در مک، APFS برترین گزینه برای کاربران macOS و دستگاه های اپل است. با درک تفاوت ها و مزایای هر فایل سیستم، می توان برترین گزینه را برای بهینه سازی عملکرد و امنیت اطلاعات انتخاب کرد. در نهایت، انتخاب فایل سیستم یک تصمیم وابسته به احتیاجهای خاص کاربر است. هیچ گزینه ای وجود ندارد که برای همه موارد برترین باشد، اما با در نظر گرفتن فاکتورهایی مانند سیستم عامل، نوع دستگاه ذخیره سازی، احتیاج به امنیت و بازیابی داده ها، می توان برترین انتخاب را انجام داد.

منبع:

خواندنی ها

طول عمر یک کارت حافظه SD چقدر است؟