هل تسائلت يوما عن كيف يقوم الحاسوب بالتعامل مع الملفات الموجودة داخل القرص الصلب مثل التخزين والاسترجاع وقراءة البيانات؟
دعونا في هذا المقال نتعرف على نظام ادارة الملفات (file systems) ما هي فائدة وما هي أنواع أنظمة الملفات المستخدمة في نظام التشغيل مثل windows و linux و mac وغيرهم من الانظمة الاخرى.
ما هو نظام الملفات
يعد نظام الملفات file systems الطريقة التي تمكن نظام التشغيل من التحكم في تخزين وقراءة وإدارة البيانات داخل مساحة التخزين مثل (القرص الصلب, الفلاش ميموري, الخ), ويمكن أن نقول نظم الملفات أشبه بهياكل البيانات تبدأ العمل مع بدء اقلاع النظام وتقوم بعمل سجل كامل للملفات والأدلة في وحدات التخزين، ويوجد الكثير من أنواع أنظمة الملفات المتنوعة والتي تستخدم من قبل العديد من الشركات مثل مايكروسوفت وابل وغيرهم.
وظيفة أنظمة الملفات
تعد وظيفة أنظمة الملفات في الكمبيوتر من أهم الوظائف التي بدونها لن يستطيع النظام تحديد اماكن او تخزين أي ملفات ويوجد ثلاث وظائف رئيسية للـ file systems وهي تنظيم البيانات عبر تقسيم القرص الي وحدات تسمي الملفات او مجلدات وتخصيص اسماء للملفات وتسجيل البيانات الوصفيه لها، ايضا تخزين البيانات مثل كتابة محتوي الملفات او قراءة محتوي الملفات، وادارة المساحات والتشفير لذيادة الامان وغيرها من الامور المهمة التي توفرها جميع أنواع أنظمة الملفات.
إدارة والتحكم فى المساحات
تقوم نظم الملفات بعمل فحص شامل للقرص الصلب لمعرفة وحدات التخزين الحرة والمستخدمة من المساحة الكلية للمخازن, كما تقوم بتنظيم المجلدات والملفات في كل قسم.
أسماء الملفات
واحدة من المفاهيم المهمة لانظمة الملفات هي الـ filename وتستخدم لتعريف اماكن تخزين الملفات على نظام الملفات حتي يسهل للمستخدم العثور عليها، هناك بعض الانظمة تميز بين الحروف الكبيرة والصغير والبعض الاخر لا يسمح بذلك مثال (FILE, file).
الدليل
تستخدم انظمة الملفات الادلة (Directory) من اجل فصل مجموعة من الملفات عن البقية ووضعهم معا في مكان منفصل ويسمي هذا الدليل “مجلد”، ويتم ذلك عبر وضع مشير للدليل داخل جدول المحتويات الرئيسي الموجود بنظام الملفات كما في نظام NTFS الخاص بنظام windows.
ويمكن أن يكن هيكل الدليل طبقة واحد او عدة طبقات وتسمح بوجود مجلدات فرعية، أو نظام قام بالسماح بعمل تسلسل للمجلدات كان نظام “مولتكس” والذي استلهم منه معظم الانظمة الاخري التسلسل للادلة.
وصف الملفات
يمكن ان نقول انها البيانات الخاصة بكل ملف مثل حجم الملف وتحسب عبر حساب عدد البايت التي يشغلها الملف في الذاكرة والوقت والتاريخ الذي تم فيه اضافة الملف الى جداول المحتويات الخاص نظم الملفات والترميز الخ.
ما هو تنظيم الملفات؟
هو عملية ترتيب الملفات والمجلدات على جهاز الكمبيوتر أو أي جهاز تخزين آخر بِشكلٍ يُسهل العثور عليها واستخدامها. يُعدّ تنظيم الملفات أمرًا ضروريًا للحفاظ على البيانات وعدم فقدانها.
ما هي أنواع أنظمة الملفات
تعد لأنظمة الملفات اهمية كبيرة حتى يتمكن النظام من التعامل مع الملفات بشكل صحيح كما وضحنا ذلك في الاعلي دعونا الآن نتعرف على أنواع أنظمة الملفات الشائعة، يوجد الكثير من أنواع انظمة الملفات المختلفة والتي كان او مازالت مستخدمة حتى اليوم.
FAT32
يعد نظام الملفات FAT والذي يعني (File allocation table) او جدول توزيع الملفات أحد أقدم أنواع أنظمة الملفات والذي تم طرحه لأول مرة عام 1980 باسم FAT12 ثم تم تطوير هذا النظام في عام 1984 من قبل شركتي مايكروسوف بالتعاون مع شركة IBM باسم FAT16 ثم قامت شركة مايكروسوفت في عام 1996 بتطوير النظام إلى FAT32 وهو أكثر أنظمة الملفات شيوعا حتى اليوم.
ويستخدم FAT32 في وحدات التخزين الخارجية مثل الفلاش ميموري (USB Flash) وكروت الذاكرة الموجودة في الهواتف وتعود شهرة هذا النظام للتوافق الكبير مع معظم انظمة التشغيل لذلك يستخدمه الجميع.
والاختلاف في الارقم لكل نموذج تعني حجم الحجرات في القرص و حجم الأكبر للملف واليك جدول يوضح تلك الأحجام.
NTFS
يعتبر نظام “New Technology File System” او باختصار NTFS الاكثر استخداما من قبل نظام ويندوز ، وتم إصدار هذا النظام عام 1993 ليكون بديل لـ FAT32 ويتجاوز الحد الأعظم للملفات، ويصل الحجم الأعظم للملف الواحد في NTFS إلى 16 exabytes ولكي تعلم ماذا يعني هذا احب ان اخبرك ان 1 exabytes يساوي مليون تيرابايت وهذا يعني في وقتنا الحالي ان الحجم الأعظم الملفات في نظام NTFS لا نهائي.
كما ان هذا النوع من انظمة الملفات يقوم بعمل حفظ سجل التغيرات التي تحدث للملفات مما يعني عدم فقد أي ملف في حال حدث عطل ما او انقطعت الكهرباء فجأة ويمكنك استعادتها مره اخري، كما يدعم الصلاحيات يعني أنه يمكن الإشارة إلى ملف معين علي أنه للقراءة وايضا يدعم تشفير البيانات وهذا ما يجعله أفضل نظام ملفات الأنظمة التشغيل.
ملاحظة: إذا كنت تريد استخدام نظام التشغيل ويندوز او تستخدمة فتأكد من ان القرص الصلب الذي يحتوي علي ملفات النظام (النسخة) يدعم نظام الملفات NTFS حتي تحصل علي افضل اداء.
exFAT
نظام Extended File Allocation Table او ما يعرف بـ exFAT لقد تم اصدار هذا النظام في عام 2006 من شركة مايكروسوف وتم تطويره وتحسينه ليكون للفلاشات USB وكروت الذاكرة ذات الأحجام الكبيرة.
ويُتيح نظام exFAT تخزين ملفات بحجم يصل إلى 16 زيتابايت (أي 16 مليون تيرابايت)، على عكس أنواع أنظمة الملفات الأخرى مثل نظام FAT32 الذي يقتصر على 4 جيجابايت.ويتوافق نظام exFAT مع أنظمة التشغيل Windows 10 والإصدارات الأحدث، و macOS 10.10 والإصدارات الأحدث، و Linux مع برامج تشغيل إضافية.
كما يُعدّ نظام exFAT أسرع من نظام FAT32، خاصة عند نقل الملفات الكبيرة، ويُعدّ نظام exFAT متوافقًا مع العديد من أجهزة الألعاب، مما يسمح لك بتخزين ألعاب الفيديو الكبيرة على محركات الأقراص الخارجية.
من عيوبه انه لا يتوافق مع أنظمة التشغيل القديمة: لا يتوافق exFAT مع أنظمة التشغيل Windows XP و Vista و 7، وبعض إصدارات Linux القديمة.
لا يدعم ميزات الأمان المتقدمة: لا يدعم نظام exFAT ميزات الأمان المتقدمة مثل التشفير وقوائم التحكم في الوصول، مثلما يفعل نظام NTFS.
ext4
ext4 (Fourth Extended File System) هو نظام ملفات يستخدم في أنظمة التشغيل Linux،تم تطوير ext4 بواسطة مجتمع Linux وتم إطلاقه لأول مرة في ديسمبر 2008، وهو خليفة لأنظمة ext2 وext3. تم تقديمه في عام 2008 كتحسين كبير على ext3، مع التركيز على زيادة الأداء وتحسين الكفاءة في التعامل مع الملفات الكبيرة.
يستخدم ext4 بشكل واسع في أنظمة Linux المتنوعة، بدءًا من الخوادم الكبيرة وصولاً إلى أجهزة الحاسوب الشخصية.
دعم الملفات الكبيرة حيث يمكن لـ ext4 دعم أحجام ملفات تصل إلى 16 تيرابايت وأحجام أنظمة ملفات تصل إلى 1 إكسابايت.
التحسينات في الأداء يشمل ذلك تأخير التخصيص وتقليل التجزئة وتحسين الأداء العام للقراءة والكتابة.
التوافق مع الأنظمة القديمة يمكن لـ ext4 قراءة وكتابة أنظمة ملفات ext3 وext2، مما يسهل عملية الترقية.
ايضا يتيح الفحص السريع مقارنة بـ ext3 بفضل تقنيات مثل تأخير التخصيص وتجزئة البيانات المحسنة، كما يدعم ext4 التشفير على مستوى نظام الملفات، مما يوفر أماناً إضافياً للبيانات.
ext4 متوافق بشكل جيد مع جميع توزيعات Linux الحديثة ويمكن استخدامه كبديل للأنظمة ext3 وext2 بدون فقدان البيانات.
ZFS
ZFS هو نظام ملفات ومُدير وحدات تخزين تم تطويره أصلاً بواسطة Sun Microsystems. يتميز ZFS بالمرونة العالية وإدارة التخزين المتكاملة، مع التركيز على حماية البيانات والتوسع الكبير.تم تطوير ZFS في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وأصدر لأول مرة في 2005.
يستخدم ZFS بشكل رئيسي في أنظمة التشغيل مثل FreeBSD، وOpenIndiana، وبعض توزيعات Linux عبر وحدات مثل ZFS on Linux.
يوفر ZFS إمكانيات مثل snapshots، والنسخ الاحتياطي المستمر، وإدارة وحدات التخزين الكبيرة بكفاءة.كما يحتوي على آليات مدمجة للتحقق من تكامل البيانات وإصلاح الأخطاء تلقائياً.
يمكن لـ ZFS التعامل مع أحجام بيانات ضخمة بدون تدهور في الأداء، و يدعم إنشاء نقاط استرجاع snapshots، وإمكانية النسخ المتكرر للتعافي من الكوارث، وضغط البيانات، وتشفيرها.
يمكن استخدام ZFS على أنظمة التشغيل المختلفة، بما في ذلك Linux وFreeBSD وSolaris، مما يجعله خيارًا مرنًا لأنظمة الخوادم.
HFS
HFS هو نظام ملفات تم تطويره بواسطة شركة Apple لأنظمة التشغيل Macintosh، وقدم لأول مرة في عام 1985 لتحسين قدرات نظام الملفات السابق MFS.
HFS يُستخدم بشكل أساسي في أنظمة تشغيل Macintosh القديمة، بما في ذلك الإصدارات الأقدم من نظام التشغيل Mac OS، ويمكّن من تنظيم الملفات والمجلدات في هيكل هرمي ، مما يجعل عملية الوصول والتنظيم أكثر سهولة.
مقارنة بأنظمة الملفات السابقة، يدعم HFS أسماء ملفات أطول ووصفية، كما انه متوافق مع أنظمة التشغيل القديمة من Apple، مما يسهل عملية الترقية بين الإصدارات المختلفة.
يتوافق HFS مع أنظمة تشغيل Mac OS القديمة، ولكنه استبدل لاحقًا بنظام HFS+ (HFS Plus) لتحسين الأداء وزيادة الميزات.
APFS
APFS هو احد أنواع أنظمة الملفات الحديث من تطوير Apple، مصمم لتحسين الأداء والموثوقية والأمان في أجهزة Apple الحديثة، تم الإعلان عن APFS في 2016 وبدأ استخدامه مع نظام التشغيل macOS High Sierra في 2017.
يستخدم APFS في جميع أجهزة Apple الحديثة، بما في ذلك macOS وiOS وwatchOS وtvOS، وتم تصميم APFS ليكون أكثر كفاءة في التعامل مع وحدات التخزين الفلاشية وSSD، ويوفر دعمًا قويًا للتشفير على مستوى نظام الملفات، مع إمكانية تشفير البيانات باستخدام مفاتيح متعددة.
ايضا يدعم إنشاء نسخ فورية للملفات والمجلدات بدون الحاجة إلى نسخ البيانات فعليًا، ويمكن مشاركة المساحة الفارغة بين وحدات التخزين المتعددة في نفس الجهاز.
يتوافق APFS مع جميع الأجهزة الحديثة من Apple، ولكنه غير متوافق مع أنظمة التشغيل والأجهزة القديمة التي لا تدعم هذا النظام.
باختصار، تختلف أنظمة الملفات في تصميمها وميزاتها وأغراض استخدامها، مما يجعل اختيار النظام المناسب يعتمد بشكل كبير على متطلبات المستخدم وبيئة العمل الخاصة به.
أهم أنواع الملفات؟
يعتمد تحديد أهم أنواع الملفات على احتياجاتك و استخدامك للكمبيوتر.
ومع ذلك، إليك بعض أنواع الملفات الشائعة والمهمة:
ملفات المستندات:
تُستخدم هذا النوع من الملفات لتخزين النصوص، مثل التقارير والرسائل والكتب.
أمثلة على تنسيقات ملفات المستندات الشائعة: .doc، .docx، .txt، .pdf
ملفات الصور:
تُستخدم لتخزين الصور الرقمية.
أمثلة ملفات الصور الشائعة: .jpg، .png، .gif، .bmp
ملفات الفيديو:
يتم استخدام هذه الملفات لتخزين مقاطع الفيديو.
مثال علي تنسيقات ملفات الفيديو الشائعة: .mp4، .avi، .mov، .wmv
ملفات الصوت:
تُستخدم هذه الملفات لتخزين التسجيلات الصوتية والموسيقى.
أمثلة على تنسيقات ملفات الصوت الشائعة: .mp3، .wav، .ogg، .flac
ملفات البرامج:
يتم استخدامها لتثبيت البرامج وتشغيلها.
بعض تنسيقات ملفات البرامج الشائعة: .exe، .msi، .app
ملفات المضغوطة:
تُستخدم هذه الملفات لتقليل حجم ملفات أخرى.
أمثلة على تنسيقات ملفات المضغوطة الشائعة: .zip، .rar، .7z
ملفات النظام:
تُستخدم لتشغيل نظام التشغيل.
ملاحظة: لا ينصح بتعديل ملفات النظام إلا للمستخدمين المتقدمين.
كيف تختار نظام الملفات المناسب لك؟
هنالك فريق بين FAT32 و NTFS و exFAT ما يجعلك تحتار في اختيار نظام الملفات المناسب لك ويعتمد اختيار نظام الملفات المناسب على احتياجاتك واستخدامك لوسائط التخزين.
إليك بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار نظام الملفات:
حجم وسيط التخزين:
- FAT32: يُعدّ خيارًا جيدًا لأقراص USB وبطاقات الذاكرة ذات السعة الأقل من 32 جيجابايت، حيث يدعمه معظم أنظمة التشغيل.
- exFAT: يُعدّ خيارًا جيدًا لأقراص التخزين ذات السعة الأكبر من 32 جيجابايت، حيث يدعم أحجام الملفات الكبيرة.
- NTFS: يُعدّ الخيارًا الجيدًا لأقراص النظام في أنظمة التشغيل Windows، حيث يدعم ميزات الأمان ووظائف فهرسة الملفات.
- ext4: يُعدّ الخيارًا جاليدًا لأقراص النظام في أنظمة التشغيل Linux، حيث يدعم أحجام الملفات الكبيرة وميزات الأمان.
- HFS+: احد الخيارًا جيدًا لأقراص للنظام في أنظمة التشغيل macOS، حيث يدعم ميزات الأمان ووظيفة فهرسة الملفات.
التوافق مع أنظمة التشغيل:
- FAT32: يتوافق مع معظم أنظمة التشغيل، بما في ذلك Windows و Linux و macOS.
- exFAT: يتوافق مع أنظمة التشغيل Windows 10 والإصدارات الحديثة، و macOS 10.10 والإصدارات الأحدث، و نظام Linux مع برامج تشغيل إضافية.
- NTFS: يتوافق بشكل أساسي مع أنظمة التشغيل Windows، لكن يمكن قراءته وكتابته في بعض إصدارات Linux باستخدام برامج تشغيل إضافية.
- ext4: يتوافق بشكل جيد مع أنظمة التشغيل Linux، لكن يمكن قراءته في بعض إصدارات Windows باستخدام برامج تشغيل إضافية.
- HFS+: يتوافق مع أنظمة التشغيل macOS، لكن يمكن قراءته في بعض إصدارات Linux مع استخدام برامج تشغيل إضافية.
ميزات الأمان:
- NTFS: يدعم ميزات الأمان كـ أذونات الملفات و التشفير.
- ext4: يدعم الأمان و أذونات الملفات و قوائم التحكم في الوصول.
- HFS+: يدعم ميزات الأمان مثل أذونات الملفات و التشفير.
وظائف فهرسة الملفات:
- NTFS: يدعم وظائف فهرسة الملفات لتحسين سرعة البحث عن الملفات.
- ext4: يدعم وظائف فهرسة الملفات لسرعة البحث عن الملفات.
- HFS+: يدعم وظيفة فهرسة الملفات لتحسين سرعة البحث.
ختاما كانت هذه هي أنواع أنظمة الملفات الاكثر شيوعا واستخداما من قبل أشهر انظمة التشغيل حول العالم، كما تعرفنا على مميزات كل نوع من أنواع نظام الملفات file systems وكيف تختار نظم الملفات المناسبة.
