فايل سيستم ويندوز از سكتور و FAT تا ...

[Farhad3614]

داستان كلاستر،سكتور و FAT
تمام هارد ديسك ها براي خوانده شدن و قابل نوشتن بودن به يك فايل سيستم احتياج دارند. اين مساله براي CD ها يا فلاپي ها هم صادق است. فايل سيستم مسوول نامگذاري،ذخيره و بازيابي اطلاعات در قالب يك فايل است. اين سيستم براي سيستم عامل هاي مختلف،عملكردي متفاوت با بقيه دارد و حتي در بين نسخه هاي مختلف ويندوز هم،گوناگوني وجود دارد. اما ويژگي خاص كليه فايل سيستم هاي فعلي ويندوز ،محدود بودن آن ها به شيوه استفاده از كلاسترها و همچنين به سقف اطلاعاتي است كه مي توانند ذخيره كنند.كلاستر ،كوچكترين قطعه قابل ذخيره كردن بر روي هارد ديسك است. پس در نتيجه اگر فايلي از يك كلاستر هم كوچكتر باشد،سيستم ناچار است كل آن كلاستر را به فايل مذكور اختصاص دهد. سكتور كوچكترين قطعه فيزيكي قابل ذخيره كردن اطلاعات است كه بر اساس تعداد بايت هاي موجود در يك قطعه آن محاسبه مي شود. بنابراين مثلا” شما مي توانيد در كامپيوترتان يك يا چند سكتور 512 بايتي در هر كلاستر داشته باشيد. هر 4 كيلو بايت از فضاي هارد ديسك معمولا” شامل هشت سكتور،است. بنابراين كلاستريك يك مفهوم منطقي است و اندازه آن توسط فايل سيستم تعيين مي شود. در صورتي كه سكتور يك مفهوم فيزيكي است و ربطي به سيستم عامل و فايل سيستم ندارد. هر چه يك كلاستر تعدادد سكتورهاي كمتري را بتواند در خود جاي دهد و اين مفهوم منطقي خود را ظريف تر كند،بازدهي يك هارد ديسك چه از نظر حجم و چه از نظر سرعت افزايش مي يابد. در ويندوز 95 از فايل سيستمي به نام FAT 16 استفاده مي شود. اين فايل سيستم مي تواند يك پارتيشن 256 مگابايتي را در قالب كلاسترهاي 4 كيلوبايتي و يا پارتيشن 2 گيگابايتي را به صورت كلاسترهاي 32 كيلوبايتي نگهداري كند. كه در اين صورت مثلا” اگر بخواهد يك فايل 35 كيلوبايتي را ذخيره كند،بايد دو كلاستر 32 كيلوبايتي را به آن اختصاص داده و از 29 كيلوبايت باقيمانده آن صرف نظر كند. پس از اين كار،فايل سيستم آدرس كلاستر شروع يك فايل تعداد كلاسترهاي اشغال شده توسط آن فايل و مشخصات كلاستر آخر فايل مذكور را در جدولي به نام FAT (File Allocation Table : جدول تخصيص فايل) ذخيره مي كند. جدول FAT در فايل سيستم FAT16 در بيروني ترين شيار (Track ) يك ديسك يا در حقيقت همان تراك صفر ساخته و نگهداري مي شود. پس از مطرح شدن ويندوز 95 در بازار سيستم عامل ها،تغييري در FAT 16 موجود در آن صورت گرفت تا فايل سيستم مذكور بتوانند اسامي فايل هاي با بيش از 8 حرف را در خود نگهداري كند. اين تغيير كه VFAT نام گرفت آغازي بود بر فايل سيستم جديد ويندوز 95 كه با نام FAT 32 در سال 96 عرضه شد. اين فايل سيستم به كاربران توانستند در محيط ويندوز 95 براي اولين بار درايوهايي با حجم حداكثر 32 گيگابايت را در كامپيوتر خود داشته باشند كه در اولين صورت بزرگي هر كلاستر حداكثر فقط به 16 كيلوبايت مي رسيد كه بسيار مناسب اين ظرفيت بود.

فايل سيستم ترابايتي
در سال 1993 و همزمان با پيدايش ويندوز NT ،خبرها حاكي از پيدايش فايل سيستم جديدي به نام NTFS بود كه از آن زمان به بعد تا عرضه شدن ويندوز 2000 و حتي XP هم اين فايل سيستم جديد قدرت خود را كماكان در تمام سيستم عامل ها و نسخه هاي مختلف ويندوز حفظ كرد. حتي ابزار هاي جديدي هم به بازار آمد تا امكان خواندن درايوهاي فرمت شده به NTFS را براي ويندوزهاي قديمي مسير كند. مثلا” يكي از بهترين ابزارهاي مذكور كه Ntfsdos نام دارد مي تواند امكان دسترسي به درايوهاي NTFS را براي مواقعي كه سيستم از روي يك ديسك سيستم داس بوت شده فراهم كند. فايل سيستم NTFS به محض ظهور نشانه هاي كاملا” آشكاري را از بروز تغييرات و بهبودهاي قابل توجه در خود به همراه داشت. از جمله مهمترين اين تغييرات بهينه شدن استفاده از فضاي هاردديسك با كلاسترهاي 512 بايتي افزايش ظرفيت قابل پيشتيباني هارد ديسك توسط فايل سيستم تا حد چند صد ترابايت (ميليون مگابايت )در دو پارتيشن،وجود امكانات تصحيح خطا براي جلوگيري از بروز رخدادهايي كه در فايل سيستم هاي قديمي تر منجر به Crash شدن سيستم مي شد،بود. همچنين امكان حفاظت از اطلاعات در برابر دسترسي افراد غير مجاز و در واقع ايجاد نوعي امنيت اطلاعاتي براي هر كاربر،وجود الگوريتم ها و قابليت هاي ويژه فشرده كردن يا رمز گذاري اطلاعات (encryption ) از جمله ديگر نقاط قوت NTFS بود. اما با وجود تمام اين نكات ،فايل سيستم NTFS هنوز داراي نقاط ضعف متعددي است. يكي از اين نقاط،مربوط به نگهداري اطلاعات مربوط به درايوهاي هاردديسك در رجيستري ويندوز است. اين مساله باعث پيچيده شدن ساختار فايل سيستم و غير قابل خواندن شدن درايوهاي NTFS توسط سيستم عامل هاي ديگر مي شود. در ويندوز 2000 اين مساله به شكلي حل شده است. اولا” با ارايه يك سيستم جديد به نام مديريت منطقي ديسك (Logical Disk Manager ) محدوديت سقف 26 پارتيشن براي يك هارد ديسك كه در ويندوز NT وجود داشت رفع شده است و ثانيا” اطلاعات مربوط به درايوها به جاي رجيستري در محل مشخصي از هارد ديسك ذخيره شده كه توسط ساير سيستم عامل ها قابل دسترسي است . در ويندوز XP باز هم NTFS بهبودهاي محسوسي يافت به طوري كه محدوديت 512 بايتي براي هر كلاستر حذف شده و به شما اجازه تعريف و تعيين اندازه هر كلاستر داده مي شود. به علاوه اين كه توابع مديريت فايل ها و فولدرها و كلا” توابع دسترسي به اطلاعات ديسك تا حدودي در نسخه XP مورد بازبيني و ارتقاء قرار گرفته است. برخلاف FAT16 و FAT32 كه در آن ها جدول حاوي آدرس كلاسترهاي شروع و پايان فايل ها در اولين تراك ديسك ذخيره مي شود،در NTFS سيستمي به نام MFT (Master File Table ) كه مديريت فايل ها را انجام مي دهد،اطلاعات مربوط به فايل هاي يك ديسك را به جاي نوشتن در تراك صفر،در چند فايل مخفي نگهداري مي كند. اين روش يعني نگهداري اطلاعات فايل ها در يك يا چند فايل ديگر كه در بسياري از نرم افزارها به Meta File يا Meta Data File مشهور است،در NTFS به شكل بسيار جالب و در قالب ساختار يك بانك اطلاعاتي رابطه اي نگهداري مي شود.در يكي از جداول اين بانك اطلاعاتي ،رديف ها را همان فايل ها (مثل مخفي بودن،كد شده بودن ،فشرده و يا سيستمي بودن)تشكيل مي دهند. در محل ديگر اين بانك محل قرار گرفتن و آدرس كلاسترهاي تشكيل دهنده يك فايل و فولدر به صورت يك درخت متوازن (B-Tree ) است كه باعث افزايش سرعت دسترسي به فايل ها با استفاده از قابليت هاي الگوريتم جستجوي دو دويي در درخت توازن مي شود.

WinFS فايل سيستم آينده
فايل سيستم آينده موجود در سيستم عامل ويندوز (Windows Future Storage ) كه زمزمه هاي تولد آن توسط برايان والنتين معاون مدير عامل مايكروسافت و سرپرست دپارتمان ويندوز مطرح شد،نه تنها براي سيستم عامل ويندوز لانگ هورن بلكه براي سري ويندوزهاي سرور مثل ويندوز 2003 نيز در نظر گرفته شده تا در آينده،اين فايل سيستم جديد به طور كلي در كليه ويندوزهاي كلانيت و سروري كه قراراست ساخته شوند،جايگاه ويژه اي را به خود اختصاص دهد. WinFS از يك پايگاه داده رابطه اي مشابه SQL Server بنا شده و امكانات مختلف موجود در اين موتور پايگاه داده اي مثل ايندكس ها و كليه قواعد SQL را براي دسترسي سريع به فايل ها،مورد استفاده قرار مي دهد. اين فايل سيستم جديد به دليل برخورداري از ويژگي هاي يك بانك اطلاعاتي قادر است اطلاعات بيشتري در مورد يك فايل را در خود نگهداري كند. نام سازنده فايل ،محتواي فايل،منبع فايل و ليست كاربران استفاده كننده از آن،از جمله اين اطلاعات هستند. آخرين نسخه اين فايل سيستم به نام M4 كه در نسخه فعلي لانگ هورن مورد استفاده قرار گرفته است،قسمتي از ويژگي هاي مورد انتظار در نسخه نهايي WinFS را برآورده مي كند. اين نسخه به صورت يك فايل اجرايي براي مديريت ساختار فايل سيستم به نام WinFS.exe و با بيش از 20 مگابايت حجم در ويندوز لانگ هورن واژه جديدي را به نام موتور ذخيره سازي (Storage Engine ) به مقوله فايل سيستم اضافه كرده كه اميد مي رود در آينده از جايگاه خاصي در بين كليه فايل سيستم هاي موجود بر خوردار شود. دو پديده جديدي كه از نسخه اوليه WinFS در سيستم عامل لانگ هورن گذاشته شده و به شدت مورد توجه متخصصان قرار گرفته،سرويس هاي فايل سيستم (WinFS Services ) و همچنين امكان ايندكس گذاري كامل متن (Full Text lndex )نام دارند. اين دو پديده جديد امكان جستجوي كامل تر و سريع تري از فايل ها و فولدرها را در اختيار كاربران قرار مي دهند،به عنوان مثال در ويندوز XP كاربر مي تواند نهايتا” جستجوي خود را با مشخص نمودن نوع فايل (مثلا” تصويري يا متني ) و درايو و محل جستجو انجام دهد. در لانگ هورن به لطف وجود قابليت ايندكس گذاري و سرويس هاي جستجوي قدرتمند همانند سايت هاي جستجو مثل گوگل،امكان پيدا كردن فايل هايي كه در نام يا حتي درون متن،آن ها،نام سازنده،توضيحات و كلا” مشخصات فايل،اثري از عبارت مذكور وجود دارد. از جمله اين تسهيلات ويژه تعداد زيادي فايل صوتي بر روي كامپيوتر خود داشته باشد مي تواند آن ها را بر اساس ترتيب الفبايي اسم فايل، اسم خواننده ،اسم آلبوم و امثال آن جستجو فايل مي تواند به صورتي تركيبي از ف_ * ل*_ ت ر مختلف محقق شود. به هر حال آنچه مسلم است اين است كه براي قضاوت در مورد فايل سيستم جديد مايكروسافت و مقايسه و انتخاب بين آن و فايل سيستم هاي ديگر هنوز زود است و بايد تا زمان ارايه نسخه نهايي و بررسي عملكرد واقعي و فوايد استفاده از آن كرد.