نظام الملفات هو عملية إدارة كيفية ومكان البيانات الموجودة على قرص التخزين، والتي يشار إليها أيضًا باسم إدارة الملفات أو FS. وهو أحد مكونات القرص المنطقي الذي يقوم بضغط الملفات المقسمة إلى مجموعات، والتي تعرف باسم الدلائل. إنه مجرد بالنسبة للمستخدم البشري ويرتبط بالكمبيوتر؛ ومن ثم فهو يدير العمليات الداخلية للقرص. يمكن أن تكون الملفات والأدلة الإضافية في الدلائل. على الرغم من وجود أنظمة ملفات مختلفة مع Windows، إلا أن NTFS هو الأكثر شيوعًا في العصر الحديث. سيكون من المستحيل وجود ملف يحمل نفس الاسم، ومن المستحيل أيضًا إزالة البرامج المثبتة واستعادة ملفات محددة بدون إدارة الملفات، كما أن الملفات لن يكون لها تنظيم بدون بنية ملف. يمكّنك نظام الملفات من عرض ملف في الدليل الحالي حيث تتم إدارة الملفات غالبًا في تسلسل هرمي.
يحتوي القرص (على سبيل المثال، محرك الأقراص الثابتة) على نظام ملفات، بغض النظر عن نوعه واستخدامه. كما أنه يحتوي على معلومات حول حجم الملف واسم الملف ومعلومات جزء موقع الملف ومكان تخزين بيانات القرص ويصف أيضًا كيفية وصول المستخدم أو التطبيق إلى البيانات. تتم إدارة العمليات مثل البيانات التعريفية وتسمية الملفات وإدارة التخزين والدلائل/المجلدات بواسطة نظام الملفات.
على جهاز التخزين، يتم تخزين الملفات في قطاعات يتم فيها تخزين البيانات في مجموعات من القطاعات تسمى الكتل. يتم تحديد حجم الملفات وموقعها بواسطة نظام الملفات، كما يساعد ذلك في التعرف على القطاعات الجاهزة للاستخدام. بخلاف نظام التشغيل Windows، هناك بعض أنظمة التشغيل الأخرى التي تحتوي على نظام الملفات FAT وNTFS. لكن منتج Apple (مثل iOS وmacOS) يستخدم HFS+ نظرًا لأن نظام التشغيل يتفوق على العديد من أنواع أنظمة الملفات المختلفة.
في بعض الأحيان يتم استخدام مصطلح 'نظام الملفات' في الإشارة إلى الأقسام. على سبيل المثال، القول، 'يتوفر نظامان للملفات على محرك الأقراص الثابتة'، لا يعني بالضرورة أن محرك الأقراص مقسم بين نظامي ملفات، NTFS وFAT. ولكن هذا يعني وجود قسمين منفصلين يستخدمان نفس القرص الفعلي.
لكي يعمل، يتطلب نظام الملفات معظم التطبيقات التي تتعامل معها؛ ولذلك، يجب أن يكون لكل قسم واحد. علاوة على ذلك، إذا تم إنشاء برنامج للاستخدام في نظام التشغيل macOS، فلن تتمكن من استخدام هذا البرنامج على نظام التشغيل Windows لأن البرامج تعتمد على نظام الملفات.
أنماط برامج جافا
أمثلة على أنظمة الملفات
فيما يلي أمثلة على أنظمة الملفات:
سمين: FAT هو نوع من نظام الملفات تم تطويره لمحركات الأقراص الثابتة. إنه يرمز إلى جدول تخصيص الملفات وتم تقديمه لأول مرة في عام 1977، والذي يستخدم لـ 12 أو 16 بت لكل مجموعة وصول إلى جدول تخصيص الملفات (FAT). على محركات الأقراص الثابتة وأنظمة الكمبيوتر الأخرى، من المفيد إدارة الملفات على أنظمة تشغيل Microsoft. في أجهزة مثل الكاميرات الرقمية وذاكرة الفلاش والأجهزة المحمولة الأخرى، غالبًا ما يتم استخدامها لتخزين معلومات الملف. كما أنه يساعد على إطالة عمر القرص الصلب لأنه يقلل من تآكل القرص الصلب. اليوم، لا يتم استخدام FAT في الإصدارات الأحدث من نظام التشغيل Microsoft Windows مثل Windows XP وVista و7 و10 حيث أنها تستخدم NTFS. ال FAT8, FAT12, FAT32, FAT16 كلها أنواع مختلفة من FAT (لجدول تخصيص الملفات).
جي إف إس: GFS هو نظام ملفات، وهو اختصار لنظام الملفات العالمي. لديه القدرة على جعل أجهزة كمبيوتر متعددة تعمل كآلة متكاملة، والتي تم تطويرها لأول مرة في جامعة مينيسوتا. ولكن الآن تتم صيانته بواسطة Red Hat. عندما تكون المسافة الفعلية بين جهازي كمبيوتر أو أكثر عالية، ولا يتمكنون من إرسال الملفات مباشرة مع بعضهم البعض، فإن نظام ملفات GFS يجعلهم قادرين على مشاركة مجموعة من الملفات مباشرة. يمكن للكمبيوتر تنظيم عمليات الإدخال/الإخراج الخاصة به للحفاظ على أنظمة الملفات بمساعدة نظام ملفات عالمي.
نظام الرعاية الصحية الأولية: HFS (نظام الملفات الهرمي) هو نظام الملفات المستخدم على كمبيوتر Macintosh لإنشاء دليل في وقت تهيئة القرص الثابت. وبشكل عام، تتمثل وظيفته الأساسية في تنظيم الملفات الموجودة على القرص الثابت لنظام التشغيل Macintosh أو الاحتفاظ بها. Apple غير قادرة على دعم الكتابة على أقراص HFS أو تنسيقها منذ ظهور OS X في السوق. بالإضافة إلى ذلك، لا تتعرف أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام التشغيل Windows على محركات الأقراص بتنسيق HFS لأن HFS هو تنسيق Macintosh. بمساعدة أنظمة الملفات WIN32 أو NTFS، تتم تهيئة محركات الأقراص الثابتة بنظام Windows.
مجموعات جافا جافا
NTFS: NTFS هو نظام الملفات، الذي يرمز إلى نظام الملفات NT ويقوم بتخزين واسترداد الملفات على نظام التشغيل Windows NT والإصدارات الأخرى من Windows مثل Windows 2000 وWindows XP وWindows 7 وWindows 10. وفي بعض الأحيان، يُعرف باسم التكنولوجيا الجديدة نظام الملفات. بالمقارنة بنظام الملفات FAT وHPFS، فهو يوفر طرقًا أفضل لاستعادة الملفات وحماية البيانات ويقدم عددًا من التحسينات فيما يتعلق بقابلية التوسعة والأمان والأداء.
الجبهة الديمقراطية المتحدة: UDF هو نظام ملفات، وهو اختصار لـ Universal Disk Format وتم استخدامه لأول مرة بواسطة OSTA (جمعية تكنولوجيا التخزين الضوئي) في عام 1995 لضمان الاتساق بين البيانات المكتوبة على العديد من الوسائط الضوئية. يتم استخدامه مع الأقراص المضغوطة وأقراص DVD-ROM وهو مدعوم على جميع أنظمة التشغيل. الآن، يتم استخدامه في عملية أقراص CD-R وCD-RW، والتي تسمى كتابة الحزم.
بنية نظام الملفات
يحتوي نظام الملفات على طبقتين أو ثلاث طبقات. في بعض الأحيان، تعمل هذه الطبقات مجتمعة وأحيانًا يتم فصلها بشكل واضح. بالنسبة لعمليات الملفات، يتم توفير واجهة برمجة التطبيقات (واجهة برنامج التطبيق) من خلال نظام الملفات المنطقي، مثل OPEN وCLOSE وREAD والمزيد لأنها مسؤولة عن التفاعل مع تطبيق المستخدم. أيضًا، للمعالجة، يتم إعادة توجيه العملية المطلوبة إلى الطبقة الموجودة أسفلها. علاوة على ذلك، بالنسبة للمثيلات المتزامنة المختلفة لأنظمة الملفات الفعلية، تسمح الطبقة الاختيارية الثانية بالدعم، وهو نظام ملفات افتراضي. ويسمى كل مثيل متزامن بتطبيق نظام الملفات.
الطبقة الثالثة مسؤولة عن التعامل مع التخزين المؤقت وإدارة الذاكرة، وهو ما يسمى نظام الملفات الفعلي. إنه يهتم بالتشغيل الفعلي لجهاز التخزين ويعالج الكتل المادية التي تتم قراءتها أو كتابتها. علاوة على ذلك، لتشغيل جهاز التخزين، تتفاعل هذه الطبقة مع القناة وبرامج تشغيل الجهاز.
أنواع أنظمة الملفات
هناك أنواع مختلفة من أنظمة الملفات، وهي كما يلي:
1. أنظمة ملفات القرص
على وسائط تخزين القرص، يتمتع نظام ملفات القرص بالقدرة على معالجة البيانات بشكل عشوائي خلال فترات زمنية قليلة. كما يتضمن الترقب الذي أدى إلى سرعة الوصول إلى البيانات. بغض النظر عن الموقع التسلسلي للبيانات، يمكن لعدة مستخدمين الوصول إلى العديد من البيانات الموجودة على القرص بمساعدة نظام ملفات القرص.
2. أنظمة ملفات الفلاش
يعد نظام ملفات الفلاش مسؤولاً عن القيود والأداء والقدرات الخاصة لذاكرة الفلاش. إنه أفضل من استخدام نظام الملفات المصمم لجهاز الفلاش؛ ومع ذلك، فإن نظام ملفات القرص هو وسائط التخزين الأساسية، والتي يمكنها استخدام جهاز ذاكرة فلاش.
3. أنظمة ملفات الشريط
الانحراف المعياري numpy
يتم استخدام نظام ملفات الشريط للاحتفاظ بالملفات الموجودة على الشريط لأنه تنسيق شريط ونظام ملفات. بالمقارنة مع الأقراص، تعد الأشرطة المغناطيسية أكثر قوة للوصول إلى البيانات لفترة طويلة، وهو ما يمثل تحديات لنظام الملفات للأغراض العامة من حيث الإنشاء والإدارة الفعالة.
4. أنظمة ملفات قواعد البيانات
يعد نظام الملفات المعتمد على قاعدة البيانات طريقة أخرى لإدارة الملفات. يتم التعرف على الملفات من خلال خصائصها (مثل نوع الملف، المؤلف، الموضوع، وما إلى ذلك) بدلاً من الإدارة المنظمة الهرمية.
5. أنظمة ملفات المعاملات
تتطلب بعض البرامج تغييرًا واحدًا أو أكثر حتى تفشل لأي سبب أو تحتاج إلى عدة تغييرات في أنظمة الملفات ولكنها لا تجري أي تغييرات. على سبيل المثال، قد يقوم أحد البرامج بكتابة ملفات التكوين أو المكتبات والملفات التنفيذية في وقت تثبيت البرنامج أو تحديثه. قد يكون البرنامج غير قابل للاستخدام أو معطلاً إذا توقف البرنامج أثناء التحديث أو التثبيت. كما قد يصبح النظام بأكمله في حالة غير قابلة للاستخدام إذا كانت عملية تثبيت البرنامج أو تحديثه غير مكتملة.
6. أنظمة ملفات الشبكة
يوفر نظام ملفات الشبكة إمكانية الوصول إلى الملفات الموجودة على الخادم. في أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة عن بعد، وبمساعدة الواجهات المحلية، تكون البرامج قادرة على إنشاء الملفات والدلائل الهرمية وإدارتها والوصول إليها بشفافية. العملاء الذين يشبهون نظام الملفات لـ FTP وWebDAV وAFS وبروتوكولات SMB وNFS كلها أمثلة على أنظمة ملفات الشبكة.
7. أنظمة ملفات القرص المشتركة
يسمح نظام ملفات القرص المشترك بالوصول إلى نفس النظام الفرعي للقرص الخارجي بواسطة أجهزة متعددة، ولكن عندما يصل عدد من الأجهزة إلى نفس النظام الفرعي للقرص الخارجي، قد تحدث تصادمات في هذه الحالة؛ لذلك، لمنع الاصطدام، يقرر نظام الملفات النظام الفرعي الذي سيتم الوصول إليه.
8. الحد الأدنى من نظام الملفات
في السبعينيات، بالنسبة لبعض مستخدمي الحواسيب الصغيرة الأوائل، كانت أجهزة الأقراص والأشرطة الرقمية باهظة الثمن. تم تصميم عدد قليل من أنظمة تخزين البيانات الأساسية الأرخص ثمناً والتي تستخدم شريط كاسيت صوتي شائع. على مسجل الكاسيت، تم إعلام المستخدم بالضغط على 'RECORD' عندما يكون هناك حاجة لكتابة البيانات حسب النظام. ولإعلام النظام، اضغط على 'RETURN' على لوحة المفاتيح. أيضًا، في مسجل الكاسيت، كان يتعين على المستخدم الضغط على زر 'تشغيل' عندما يطلب النظام قراءة البيانات.
هياكل البيانات في جافا
9. أنظمة الملفات المسطحة
الدلائل الفرعية غير متوفرة في النظام المسطح. أنه يحتوي على الدليل الوحيد، ويتم الاحتفاظ بجميع الملفات في دليل واحد. نظرًا للكمية الصغيرة نسبيًا من مساحة البيانات المتاحة، كان هذا النوع من نظام الملفات مناسبًا عندما كانت وسائط القرص المرن متاحة لأول مرة.