Nix File Systems

‫أنظمة الملفات فى أنظمة ‪( nix‬يونيكس و لينكس)‬ ‫*لن نتكلم عن أنظمة ملفات الشبكات و أنظمة ملفات السطوانات و النظمة المتعلقة بنظم أخرى مثل ‪*Mac‬‬

‫دائم;ا ما تتزايد الحاجة لنظام ملفات يطور التعامل مع كثرة تفرع الملفات‪ ،‬و ملفات بأحجام كبيرة‪ ،‬و‬ ‫أسماء طويلة للملفات‪.‬‬ ‫كمقدمة سنوضح تقسيم القرص الصلب‬ ‫القرص الصلب يمكن تقسيمه إلى ‪ 4‬أجزاء رئيسية ‪ Primary‬و واحد منها فقط يمكن تقسيمه إلى‬ ‫أجزاء منطقية ‪ Logical‬و هو التقسيم الممتد ‪ Extended‬كالتالى‬

‫التقسيم الول و الثانى و الثالث من النوع البتدائي ‪ Primary‬و لهم نظام ملفات أي;ا كان‪ ،‬و الرابع‬ ‫أيض;ا ‪ Primary‬و ليس له نظام ملفات و لكن له نوع ممتد و بالتالى هو الوحيد الذى يمكن تجزئته‬ ‫إلى عدد كبير من التقسيمات المنطقية ‪-‬أعتقد يصل لـ ‪ 100‬أو أكثر ‪ -‬و كل منها له نظام ملفات‬ ‫معين‪.‬‬

‫نظام الملفات هو النظام الذي يقوم بالدخول إلى و تنظيم البيانات على وحدات التخزين الكبيرة‪.‬‬ ‫لو رتبنا أنظمة الملفات تبع;ا للنظام الذى يعمل عليها‬ ‫‪ FreeBSD‬و له ‪ BSD FFS‬و ‪ Ext2‬و ‪ HPFS‬و ‪NTFS‬‬ ‫‪ NetBSD‬و له ‪ BSD FFS‬و ‪FAT‬‬ ‫‪ OpenBSD‬و له ‪ BSD FFS‬و ‪FAT‬‬ ‫‪ LINUX‬و له ‪ AFFS‬و ‪ BFS‬و ‪ Ext2‬و ‪ BSD FFS‬و ‪ HPFS‬و ‪Xiafs‬‬ ‫و سنتكلم هنا هن ما يهمنا منها فقط‪ ،‬و هى النظمة التى ينشأها اللينكس و أشهر أنظمة‬ ‫الملفات الخرى‪.‬‬ ‫‪ – 1‬مينيكس (‪)minix‬‬ ‫و هو نظام الملفات الصلى فى اللينكس‪ ،‬و يرجع ليام كان اللينكس فيها يثبت علي أجهزة ‪minix‬‬ ‫‪ ،‬و هو بسيط للغاية و لكنه محدود المكانيات‪ ،‬و ل يستعمل اليوم إل في بعض أقراص النقاذ‬

‫‪ Rescue Disks‬لكونه متوافق مع أي نظام آخر‪.‬‬ ‫‪ xiafs – 2‬و ‪extfs‬‬ ‫أنظمة قديمة جد;ا و لم تعد مستعملة و ل ينصح بها أساس;ا‪.‬‬ ‫‪ext2fs – 3‬‬ ‫و هو النظام الشائع حالي;ا فى اللينكس‪ ،‬سريع و فع‪a‬ال‪ ،‬و هو تحت التطوير المستمر‪ .‬قوى و يمنحك‬ ‫أداء;ا عالي;ا‪ .‬تم تطويره تحت أنظمة لينكس أصل; باسم ‪ ،extfs‬و جارى تطويره من أجل نظم اخرى‪.‬‬ ‫يدعم حجم تقسيم حتى ‪ 4‬تيرابايت (‪ 1‬تيرابايت = ‪ 1012‬أى واحد و بجانبها ‪ 12‬صفر)! و تصل أسماء‬ ‫الملفات حنى ‪ 255‬حرف يمكن زيادتها إلى ‪.1012‬‬ ‫بالضافة لنه يحجز بعض الجزاء من اجل المستخدم الجذر ‪ ،root‬تكون ‪ %5‬من الحجم الكلى‪ ،‬و‬ ‫هذا يسمح له باستعادة ملفات حتى عندما يمل المستخدم العادي ملفات النظام‪.‬‬ ‫و من خصائصه المتقدمة خاصية ‪ File Attributes‬أو خصائص الملفات‪ ،‬حيث يمكن تعديل سلوك‬ ‫الكيرنل عند تعامله مع مجموعة ملفات أو مجلد بكامله مع توريث خصائصه لكل ما ينشأ بداخله‪.‬‬ ‫و العديد من خصائص الـ ‪ BSD‬و التى ليست متوفرة فى نظام اليونيكس الصلى‪ .‬كما يمكن لمدير‬ ‫النظام اختيار حجم وحدة التقسيم و هى ‪ 1024‬و ‪ 2048‬و ‪ 4096‬بايت‪ ،‬و النى تتيح له تسريع‬ ‫الدخال و الخراج ‪ ،I/O‬لن تقليل طلبات الـ ‪ I/O‬يقلل عمليات البحث بواسطة ابرة القرص لكى يتم‬ ‫قراءة ملف واحد‪ .‬و خاصية المسح المن و التى تمنع استعادة البيانات المحذوفة ‪ -‬إذا كانت سرية ‪-‬‬ ‫و لكنها تنهك القرص‪ ،‬فل تستعملها إل عند الحاجة‪.‬‬ ‫و من الخصائص المستمدة من نظام ‪ BSD 4.4‬الجديدة‪ ،‬فالملفات الثابتة يمكن جعلها قراءة فقط‬ ‫مثل ملفات العدادات‪ ،‬الملفات التى يمكن الضافة لها يمكن منع التعديل فى محتواها الصلى‬ ‫بإضافة البيانات لنهاية الملف‪ ،‬ومنع مسحها أو التعديل فى اسمها‪ ،‬مثل ملفات تسجيل الدخول‬ ‫‪ logging‬و التى يضاف لها فقط بدون مسح السابق‪.‬‬ ‫لمزيد من المعلومات ‪http://web.mit.edu/tytso/www/linux/ext2.html‬‬ ‫أدوات النظام متاحة هنا ‪http://e2fsprogs.sourceforge.net‬‬ ‫‪ext3fs – 4‬‬ ‫بنى على تطوير النظام السابق‪ ،‬و أضيفت له خاصية الـ ‪ ،Journaling‬ليمنح أداء عالى و قوى و هو‬ ‫مازال تحت التطوير لجل تحسين بنيته‪ .‬و هو ما ينصح به لنه الفضل و الكثر انتشار;ا‪.‬‬ ‫‪XFS – 5‬‬ ‫بدأت شركة سيليكون للجرافيك تطلق نظام الجهزة الخاصة بها للينكس‪ ،‬و شفرته المصدرية توزع‬ ‫تحت ترخيص ‪.GPL‬‬ ‫يعمل بنظام عنونة ‪ 64‬بت و هذا يؤهله للعمل مع الملفات الكبيرة و نظم الملفات حتى ‪ 1‬تيرابايت‬ ‫(أى يدعم حجم تقسيم حتى ‪ 1‬تيرابايت‪ ،‬و ععد ملفات فى المجلد حتى ‪ 32‬مليون‪ ،‬وهو يدعم‬ ‫إدارة ممتازة للقراص‪ ،‬و خاصية ‪ ، Journaling‬و يمكن أخذ نسخة احتياطية من نظام الملفات و هو‬ ‫قيد الستعمال‪ .‬تم تجنب بطأ أنظمة ‪ Journaling‬فيه و يصل حجم التقسيم فيه حتى ‪ 9‬إكسابايت (‬ ‫‪ 1‬إكسابايت = ‪ 1018‬أى واحد بجانب ‪ 18‬صفر)‪.‬‬ ‫المزيد ‪http://oss.sgi.com/projects/xfs‬‬ ‫‪reiserfs – 6‬‬ ‫فى ‪ 23‬يوليو ‪ ،1997‬قام هانز رايزر (‪ )[email protected]‬بوضع المصدر الخاص بنظامه على‬ ‫النترنت ‪ .http://www.namesys.com‬يمتاز نظامه بعدة مميزات جديدة و كونه أسرع من ‪ ،ext2fs‬و هو‬ ‫النظام الفضل لهؤلء الذين يغلقون الجهاز بقطع الكهرباء مباشرة‪.‬‬ ‫و هو النظام الذي تعتمده أغلب توزيعات لينكس الجديدة مثل عربيان‪.‬‬ ‫عند مقارنته بـ ‪ ext2fs‬تحت نفس الظروف يعطي فاعلية أكبر مع الملفات الكبيرة و الملفات الصغيرة‪،‬‬ ‫و تكون غير صغيرة جد;ا‪ ،‬لن الصغيرة جد;ا (قريبة من ‪ 4‬كيلوبايت) تكون أقل كفاءة فى الوقت و لكن‬ ‫أداء أفضل فى المساحة المستهلكة‪.‬‬

‫الصفحة الرسمية ‪http://devlinux.org/namesys‬‬ ‫‪Logging / Journaling filesystems – 7‬‬ ‫المشروع خاص بشركة ‪ IBM‬و التى استخدمته فى خوادمها‪.‬‬ ‫مقدمة ‪ :‬أنظمة الملفات تحدث معلومات البنية الساسية (‪ )metadata‬لها بواسطة عدة عمليات‬ ‫كتابة متزامنة‪ ،‬و كل تحديث قد يتطلب أكثر من عملية كتابة‪ ،‬و لو انهار النظام أثناء ذلك فإن الـ‬ ‫‪ metadata‬تكون متضاربة‪ ،‬و عند إعادة تشغيل الجهاز فإن أداة فحص نظام الملفات ‪ fsck‬تحاول‬ ‫ل فى التقسيمات الكبيرة‪ .‬كما أنها قد ل تنجح‪.‬‬ ‫إصلحها‪ ،‬و تأخذ وقت;ا طوي ;‬ ‫نظام الملفات الدوري ‪ Journaling‬يستعمل مساحة منفصلة تسمى السجل ‪ log / Journal‬لتخزين‬ ‫تحديثات الـ ‪ metadata‬قبل أن تكتب فعلي;ا‪ ،‬و لو حدث انهيار فالنظام يبحث فقط في هذا الجزء و يجد‬ ‫به كل المعلومات اللزمة لعادة التحديث‪.‬‬ ‫العيب الوحيد فيها هو البطأ النسبي‪.‬‬ ‫أدوات النظام متاحة هنا ‪http://jfs.sourceforge.net/jfsllutl.html‬‬ ‫النظم التى تدعم هذه التقنية هى ‪( JFS‬النظام الصلى) و ‪ XFS‬و ‪ BeFS‬و ‪ reiserfs‬و ‪.ext3fs‬‬ ‫و للمزيد عنها ‪http://oss.software.ibm.com/developerworks/opensource/jfs‬‬ ‫‪ufs – 8‬‬ ‫النظام المستعمل من قبل أنظمة ‪ BSD‬مثل ‪ openBSD‬و ‪ ،FreeBSD‬صمم للقراص القديمة‪ ،‬وطور‬ ‫من قبل ‪ Silicon Graphics‬و هو يستعمل عدد معين من المسارات ‪ Tracks‬من القرص لتحسين‬ ‫الداء‪ ،‬لكن لن بنية القرص تترجم بعدة طرق فإن الناتج الكلى يكون عادة غير جيد‪.‬‬ ‫‪efs – 9‬‬ ‫نظام الملفات الممتد ‪ Extent File System‬هو نظام الملفات المطور من قبل ‪.Silicon Graphics‬‬ ‫يستعمل على نطاق واسع فى أنظمة ‪ IRIX‬قبل الصدار ‪ 6‬حيث احتل مكانه الن ‪ .xfs‬و بالرغم من‬ ‫تشجيع الهجرة إلى ‪ xfs‬فإن ‪ efs‬مازال يستعمل للسطوانات‪.‬‬ ‫و هناك تعريف له على اللينكس على الموقع ‪http://aeschi.ch.eu.org/efs‬‬ ‫‪enh-fs – 10‬‬ ‫نظام الملفات المطو‪a‬ر ‪ Enhanced File System‬و هو مشروع ميت الن !‬ ‫طور أساس;ا طريقة جديدة لملء التقسيمات‪ ،‬و يسمح بإضافة أو حذف نظام ملفات أثناء عمل‬ ‫النظام‪.‬‬ ‫‪Tux2 fs – 11‬‬ ‫تنويع على ‪ ext2fs‬و يزيد عليه فى القوة فى حالة المقاطعة غير المتوقعة مثل انقطاع الكهرباء‪ .‬و‬ ‫فى مثل هذه الحالة يقوم بإعادة التشغيل بآخر حالة مأرشفة‪/‬مسجلة و متينة بدون الداة ‪ fsck‬أو‬ ‫أى من عمليات استعادة البيانات‪ .‬و لتحقيق ذلك يستعمل ‪ Tux2 fs‬خوارزمية ‪ algorithm‬تسمى‬ ‫تفرعات الطوار ‪Phase Tree‬‬ ‫الموقع ‪/http://tux2.sourceforge.net‬‬ ‫‪fat – 12‬‬ ‫يوجد منه ‪ fat12‬و ‪ fat16‬تبع;ا لحجم التقسيم ‪ Partition‬و لكن الختلفات شبه معدومة‪.‬‬ ‫النظام مزود من قبل شركة مايكروسوفت ‪ ،Microsoft‬سريع وسهل و أغلب نظم التشغيل تتعرف‬ ‫عليه‪ ،‬تقرأ منه و تكتب عليه‪.‬‬ ‫و لكن يعيبه أنه محدود من ناحية المان‪ ،‬و ل يمكن الحصول على تقسيم أكبر من ‪ 2‬جيجابايت‬ ‫‪fat32 – 13‬‬ ‫ظهر بعد ‪ 10‬سنوات من ظهور أبوه ‪ ،fat‬و التصاريح فيه ل تزال محدودة‪ ،‬و نظام ‪ NT4.0‬ل يمكنه‬ ‫قراءته لكن اللينكس يستطيع !‬

‫‪vfat – 14‬‬ ‫هو نفسه مع دعم لسماء الملفات الطويلة‪ ،‬اللينكس يقرأ نظم ‪ fat‬تحت اسم ‪.vfat‬‬ ‫‪ntfs – 15‬‬ ‫النظام الصلى لنظام تشغيل ‪ WIN-NT‬و هناك دعم ضعيف لباقى أنظمة التشغيل‪.‬‬ ‫و هناك بعض من المان فيه حيث زادت نسبة المن من خلل تشفير البيانات‪.‬‬ ‫يجدر بالذكر أنه ل يقرأ إل بواسطة ‪ NT‬و ما بعده و ل يوجد وسيلة لحل ذلك !‬ ‫و بالمناسبة قليل; ما تجد وسيلة لستعادة البيانات التالفة على قرص بنظام ‪ ntfs‬إل عبر قرص‬ ‫لينكس !‬ ‫النظمة ذات اللون الخضر و التى تقدمها مايكروسوفت بها عيب صغير جد;ا‪ ،‬إذ أنها تهدر مساحة‬ ‫القرص بكمية كبيرة !!! قد تصل لـ ‪ . % 4‬فلو تملك قرص بمساحة ‪ 120‬جيجابايت فأنت تهدر منه‬ ‫حوالى ‪ 5‬جيجابايت فقط !‬ ‫و السبب هو أن التخزين عليها يتم بملئ أول فراغ موجود‪ ،‬هذه ليست مشكلة مع قرص جديد‪،‬‬ ‫و لكن لو لديك تقسيم عليه ملفات حجم كل واحد منها ‪ 100‬ميجا ‪ -‬النظام يقوم بتخزينها بالترتيب ‪-‬‬ ‫و عند مسح أحدها فتكون لديك مساحة فارغة قدرها ‪ 100‬ميجا فى المنتصف و عند نسخ ملف ‪200‬‬ ‫ميجا إلى نفس التقسيم‪ ،‬يتم نسخ أول ‪ 100‬ميجا منه غلى المكان الفارغ و الباقى إلى المكان‬ ‫الفارغ الذى يليه‪.‬‬

‫في الصورة الولى لدينا ثلث ملفات ‪ file1‬و ‪ file2‬و ‪ ،file3‬ثم مسحنا ‪ file2‬و لدينا مساحة فارغة‬ ‫بين ‪ file1‬و ‪ file3‬تساوي مساحة الملف المحذوف‪ ،‬عند وضع ملف جديد ‪ file4‬مساحته أكبر من‬ ‫المساحة الفارغة (مساحة ‪ )file2‬فيتم تقسيمه لجزئين حيث يتم ملئ المساحة الفارغة أول; ثم‬ ‫نسخ باقي الملف بعد ‪.file3‬‬ ‫و هكذا تضيع مساحة فى ربط أجزاء ‪ File4‬ببعضها‪ ،‬هذا غير البطأ المنطقى بسبب بعد أجزاء الملف‬ ‫عن بعضها‪ .‬و لهذا ينصحون مستخدمى الويندوز بعمل ما يسمى ‪ defragment‬كل فترة لعادة ترتيب‬ ‫البيانات‪ ،‬و هذه العملية قد تأخذ ‪ 6‬ساعات فى تقسيم ‪ 10‬جيجا بل مبالغة !‬ ‫أنظمة الملفات الخاصة‬ ‫‪ tmpfs – 16‬و ‪swapfs‬‬ ‫من أجل سرعة التخزين قدم نظام تشغيل ‪ Sun‬المسمى ‪ Solaris‬نظام ملفات ‪ tmpfs‬المماثل‬ ‫لـ ‪ swapfs‬على أنظمة ‪ .NeXT‬و هو يتغلب على البطء فى ‪ ufs‬بواسطة ابقاء معلومات التحكم فى‬ ‫الذاكرة‪ .‬و هو يتم مسحه بمجرد اطفاء الجهاز‪.‬‬ ‫النظام ‪ tmpfs‬محدود و عدد الملفات محدود بناء;ا على الذاكرة الفيزيائية للجهاز‪.‬‬ ‫اللينكس يدعم هذا النظام بداية; من الكيرنل ‪.2.4‬‬ ‫‪userfs – 17‬‬ ‫نظام ملفات المستخدم يسمح بعدد من النطاقات لستخدام أنظمة الملفات التقليدية مثل أنظمة‬ ‫الملفات المبنية على ‪ ، FTP‬و يدعم الضغط مثل ‪ .arcfs‬و قد بنى نظام ملفات ‪ docfs‬عليه‪ .‬و هو‬ ‫مبنى أساس;ا على ‪ Perlfs‬و الذى يمكنك من كتابة تعريفات نظم الملفات بلغة ‪.Perl‬‬

/http://www.goop.org/~jeremy/userfs

‫الموقع‬

‫ الشهر لتقسيم القرص الصلب يدعم النواع التالية من‬Partition Magic ‫بقى لنا ذكر أن برنامج‬ : ‫القسام‬ NTFS ‫ و‬FAT32 ‫ جيجابايت و‬2 ‫ و أقصى حجم له‬FAT ‫ جيجابايت‬2 ‫ و أقصى حجم له‬swapfs ‫ و‬ext3fs ‫ و‬ext2fs xfs ‫ و‬reiserfs ‫ تزيد عليه فى‬QtParted ‫و برامج التقسيم فى اللينكس مثل‬ ‫و من أدوات إصلح جداول نظم الملفات‬ Fixdisktable http://bmrc.berkeley.edu/people/chaffee/fat32.html gpart http://home.pages.de/~michab/gpart ‫ بواسطة أداء العديد من العمليات على الملفات‬،‫ أداة لقياس فاعلية نظام الملفات‬Iozone /http://www.iozone.org ‫الموقع الرسمي‬ /http://www.iozone.org/src/stable ‫التحميل‬ ‫ ويعمل تحت العديد من النظمة‬،)‫و هو يوزع مجان;ا (برنامج حر‬ ‫البرامج و المعلومات المتعلقة بأنظمة الملفات و التعريفات المتاحة لها هنا‬ http://metalab.unc.edu/filesystems ftp://metalab.unc.edu/pub/docs/filesystems

‫المصدر‬ HOWTO: Multi Disk System Tuning, Stein Gjoen, [email protected] HOWTO: Filesystems, Martin Hinner, [email protected] ‫صفحات ويب متعددة‬ ‫المزيد هنا‬ http://students.ceid.upatras.gr/~gef/fs/oldindex.html /http://www.penguin.cz/~mhi/fs http://linuxtoday.com/stories/5556.html http://www.honeycomb.net/os/holistic/connect/filesys.htm

‫ محمد صلح‬: ‫الكاتب‬ [email protected] www.riddler.tk ‫ و هى خاضعة لترخيص‬، OpenOffice.org ‫ أحد برامج حزمة‬writer ‫كتبت الوثيقة باستخدام برنامج‬ .FDL ‫الوثائق الحرة‬