داستان فایل سیستم در ویندوز از سکتور و FAT تا Win FS در لانگهورن

● داستان کلاستر،سکتور و FAT
تمام هارد دیسک ها برای خوانده شدن و قابل نوشتن بودن به یک فایل سیستم احتیاج دارند. این مساله برای CD ها یا فلاپی ها هم صادق است. فایل سیستم مسوول نامگذاری،ذخیره و بازیابی اطلاعات در قالب یک فایل است. این سیستم برای سیستم عامل های مختلف،عملکردی متفاوت با بقیه دارد و حتی در بین نسخه های مختلف ویندوز هم،گوناگونی وجود دارد. اما ویژگی خاص کلیه فایل سیستم های فعلی ویندوز ،محدود بودن آن ها به شیوه استفاده از کلاسترها و همچنین به سقف اطلاعاتی است که می توانند ذخیره کنند.کلاستر ،کوچکترین قطعه قابل ذخیره کردن بر روی هارد دیسک است. پس در نتیجه اگر فایلی از یک کلاستر هم کوچکتر باشد،سیستم ناچار است کل آن کلاستر را به فایل مذکور اختصاص دهد. سکتور کوچکترین قطعه فیزیکی قابل ذخیره کردن اطلاعات است که بر اساس تعداد بایت های موجود در یک قطعه آن محاسبه می شود. بنابراین مثلا” شما می توانید در کامپیوترتان یک یا چند سکتور ۵۱۲ بایتی در هر کلاستر داشته باشید. هر ۴ کیلو بایت از فضای هارد دیسک معمولا” شامل هشت سکتور،است. بنابراین کلاستریک یک مفهوم منطقی است و اندازه آن توسط فایل سیستم تعیین می شود. در صورتی که سکتور یک مفهوم فیزیکی است و ربطی به سیستم عامل و فایل سیستم ندارد. هر چه یک کلاستر تعدادد سکتورهای کمتری را بتواند در خود جای دهد و این مفهوم منطقی خود را ظریف تر کند،بازدهی یک هارد دیسک چه از نظر حجم و چه از نظر سرعت افزایش می یابد. در ویندوز ۹۵ از فایل سیستمی به نام FAT ۱۶ استفاده می شود. این فایل سیستم می تواند یک پارتیشن ۲۵۶ مگابایتی را در قالب کلاسترهای ۴ کیلوبایتی و یا پارتیشن ۲ گیگابایتی را به صورت کلاسترهای ۳۲ کیلوبایتی نگهداری کند. که در این صورت مثلا” اگر بخواهد یک فایل ۳۵ کیلوبایتی را ذخیره کند،باید دو کلاستر ۳۲ کیلوبایتی را به آن اختصاص داده و از ۲۹ کیلوبایت باقیمانده آن صرف نظر کند. پس از این کار،فایل سیستم آدرس کلاستر شروع یک فایل تعداد کلاسترهای اشغال شده توسط آن فایل و مشخصات کلاستر آخر فایل مذکور را در جدولی به نام FAT (File Allocation Table : جدول تخصیص فایل) ذخیره می کند. جدول FAT در فایل سیستم FAT۱۶ در بیرونی ترین شیار (Track ) یک دیسک یا در حقیقت همان تراک صفر ساخته و نگهداری می شود. پس از مطرح شدن ویندوز ۹۵ در بازار سیستم عامل ها،تغییری در FAT ۱۶ موجود در آن صورت گرفت تا فایل سیستم مذکور بتوانند اسامی فایل های با بیش از ۸ حرف را در خود نگهداری کند. این تغییر که VFAT نام گرفت آغازی بود بر فایل سیستم جدید ویندوز ۹۵ که با نام FAT ۳۲ در سال ۹۶ عرضه شد. این فایل سیستم به کاربران توانستند در محیط ویندوز ۹۵ برای اولین بار درایوهایی با حجم حداکثر ۳۲ گیگابایت را در کامپیوتر خود داشته باشند که در اولین صورت بزرگی هر کلاستر حداکثر فقط به ۱۶ کیلوبایت می رسید که بسیار مناسب این ظرفیت بود.
● فایل سیستم ترابایتی
در سال ۱۹۹۳ و همزمان با پیدایش ویندوز NT ،خبرها حاکی از پیدایش فایل سیستم جدیدی به نام NTFS بود که از آن زمان به بعد تا عرضه شدن ویندوز ۲۰۰۰ و حتی XP هم این فایل سیستم جدید قدرت خود را کماکان در تمام سیستم عامل ها و نسخه های مختلف ویندوز حفظ کرد. حتی ابزار های جدیدی هم به بازار آمد تا امکان خواندن درایوهای فرمت شده به NTFS را برای ویندوزهای قدیمی مسیر کند. مثلا” یکی از بهترین ابزارهای مذکور که Ntfsdos نام دارد می تواند امکان دسترسی به درایوهای NTFS را برای مواقعی که سیستم از روی یک دیسک سیستم داس بوت شده فراهم کند. فایل سیستم NTFS به محض ظهور نشانه های کاملا” آشکاری را از بروز تغییرات و بهبودهای قابل توجه در خود به همراه داشت. از جمله مهمترین این تغییرات بهینه شدن استفاده از فضای هارددیسک با کلاسترهای ۵۱۲ بایتی افزایش ظرفیت قابل پیشتیبانی هارد دیسک توسط فایل سیستم تا حد چند صد ترابایت (میلیون مگابایت )در دو پارتیشن،وجود امکانات تصحیح خطا برای جلوگیری از بروز رخدادهایی که در فایل سیستم های قدیمی تر منجر به Crash شدن سیستم می شد،بود. همچنین امکان حفاظت از اطلاعات در برابر دسترسی افراد غیر مجاز و در واقع ایجاد نوعی امنیت اطلاعاتی برای هر کاربر،وجود الگوریتم ها و قابلیت های ویژه فشرده کردن یا رمز گذاری اطلاعات (encryption ) از جمله دیگر نقاط قوت NTFS بود. اما با وجود تمام این نکات ،فایل سیستم NTFS هنوز دارای نقاط ضعف متعددی است. یکی از این نقاط،مربوط به نگهداری اطلاعات مربوط به درایوهای هارددیسک در رجیستری ویندوز است. این مساله باعث پیچیده شدن ساختار فایل سیستم و غیر قابل خواندن شدن درایوهای NTFS توسط سیستم عامل های دیگر می شود. در ویندوز ۲۰۰۰ این مساله به شکلی حل شده است. اولا” با ارایه یک سیستم جدید به نام مدیریت منطقی دیسک (Logical Disk Manager ) محدودیت سقف ۲۶ پارتیشن برای یک هارد دیسک که در ویندوز NT وجود داشت رفع شده است و ثانیا” اطلاعات مربوط به درایوها به جای رجیستری در محل مشخصی از هارد دیسک ذخیره شده که توسط سایر سیستم عامل ها قابل دسترسی است . در ویندوز XP باز هم NTFS بهبودهای محسوسی یافت به طوری که محدودیت ۵۱۲ بایتی برای هر کلاستر حذف شده و به شما اجازه تعریف و تعیین اندازه هر کلاستر داده می شود. به علاوه این که توابع مدیریت فایل ها و فولدرها و کلا” توابع دسترسی به اطلاعات دیسک تا حدودی در نسخه XP مورد بازبینی و ارتقاء قرار گرفته است. برخلاف FAT۱۶ و FAT۳۲ که در آن ها جدول حاوی آدرس کلاسترهای شروع و پایان فایل ها در اولین تراک دیسک ذخیره می شود،در NTFS سیستمی به نام MFT (Master File Table ) که مدیریت فایل ها را انجام می دهد،اطلاعات مربوط به فایل های یک دیسک را به جای نوشتن در تراک صفر،در چند فایل مخفی نگهداری می کند. این روش یعنی نگهداری اطلاعات فایل ها در یک یا چند فایل دیگر که در بسیاری از نرم افزارها به Meta File یا Meta Data File مشهور است،در NTFS به شکل بسیار جالب و در قالب ساختار یک بانک اطلاعاتی رابطه ای نگهداری می شود.در یکی از جداول این بانک اطلاعاتی ،ردیف ها را همان فایل ها (مثل مخفی بودن،کد شده بودن ،فشرده و یا سیستمی بودن)تشکیل می دهند. در محل دیگر این بانک محل قرار گرفتن و آدرس کلاسترهای تشکیل دهنده یک فایل و فولدر به صورت یک درخت متوازن (B-Tree ) است که باعث افزایش سرعت دسترسی به فایل ها با استفاده از قابلیت های الگوریتم جستجوی دو دویی در درخت توازن می شود.
● WinFS فایل سیستم آینده
فایل سیستم آینده موجود در سیستم عامل ویندوز (Windows Future Storage ) که زمزمه های تولد آن توسط برایان والنتین معاون مدیر عامل مایکروسافت و سرپرست دپارتمان ویندوز مطرح شد،نه تنها برای سیستم عامل ویندوز لانگ هورن بلکه برای سری ویندوزهای سرور مثل ویندوز ۲۰۰۳ نیز در نظر گرفته شده تا در آینده،این فایل سیستم جدید به طور کلی در کلیه ویندوزهای کلانیت و سروری که قراراست ساخته شوند،جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص دهد. WinFS از یک پایگاه داده رابطه ای مشابه SQL Server بنا شده و امکانات مختلف موجود در این موتور پایگاه داده ای مثل ایندکس ها و کلیه قواعد SQL را برای دسترسی سریع به فایل ها،مورد استفاده قرار می دهد. این فایل سیستم جدید به دلیل برخورداری از ویژگی های یک بانک اطلاعاتی قادر است اطلاعات بیشتری در مورد یک فایل را در خود نگهداری کند. نام سازنده فایل ،محتوای فایل،منبع فایل و لیست کاربران استفاده کننده از آن،از جمله این اطلاعات هستند. آخرین نسخه این فایل سیستم به نام M۴ که در نسخه فعلی لانگ هورن مورد استفاده قرار گرفته است،قسمتی از ویژگی های مورد انتظار در نسخه نهایی WinFS را برآورده می کند. این نسخه به صورت یک فایل اجرایی برای مدیریت ساختار فایل سیستم به نام WinFS.exe و با بیش از ۲۰ مگابایت حجم در ویندوز لانگ هورن واژه جدیدی را به نام موتور ذخیره سازی (Storage Engine ) به مقوله فایل سیستم اضافه کرده که امید می رود در آینده از جایگاه خاصی در بین کلیه فایل سیستم های موجود بر خوردار شود. دو پدیده جدیدی که از نسخه اولیه WinFS در سیستم عامل لانگ هورن گذاشته شده و به شدت مورد توجه متخصصان قرار گرفته،سرویس های فایل سیستم (WinFS Services ) و همچنین امکان ایندکس گذاری کامل متن (Full Text lndex )نام دارند. این دو پدیده جدید امکان جستجوی کامل تر و سریع تری از فایل ها و فولدرها را در اختیار کاربران قرار می دهند،به عنوان مثال در ویندوز XP کاربر می تواند نهایتا” جستجوی خود را با مشخص نمودن نوع فایل (مثلا” تصویری یا متنی ) و درایو و محل جستجو انجام دهد. در لانگ هورن به لطف وجود قابلیت ایندکس گذاری و سرویس های جستجوی قدرتمند همانند سایت های جستجو مثل گوگل،امکان پیدا کردن فایل هایی که در نام یا حتی درون متن،آن ها،نام سازنده،توضیحات و کلا” مشخصات فایل،اثری از عبارت مذکور وجود دارد. از جمله این تسهیلات ویژه تعداد زیادی فایل صوتی بر روی کامپیوتر خود داشته باشد می تواند آن ها را بر اساس ترتیب الفبایی اسم فایل، اسم خواننده ،اسم آلبوم و امثال آن جستجو فایل می تواند به صورتی ترکیبی از فیلترهای مختلف محقق شود. به هر حال آنچه مسلم است این است که برای قضاوت در مورد فایل سیستم جدید مایکروسافت و مقایسه و انتخاب بین آن و فایل سیستم های دیگر هنوز زود است و باید تا زمان ارایه نسخه نهایی و بررسی عملکرد واقعی و فواید استفاده از آن کرد.

منبع : دنیای کامپیوتر و اینترنت