System plików to proces zarządzania sposobem i miejscem przechowywania danych na dysku, nazywany także zarządzaniem plikami lub FS. Jest to komponent dysku logicznego, który kompresuje pliki podzielone na grupy, zwane katalogami. Jest to abstrakcyjne dla ludzkiego użytkownika i powiązane z komputerem; w związku z tym zarządza wewnętrznymi operacjami dysku. W katalogach mogą znajdować się pliki i dodatkowe katalogi. Chociaż w systemie Windows istnieją różne systemy plików, w dzisiejszych czasach najpopularniejszy jest NTFS. Niemożliwe byłoby istnienie pliku o tej samej nazwie, a także usunięcie zainstalowanych programów i odzyskanie określonych plików bez zarządzania plikami, a także pliki nie miałyby organizacji bez struktury plików. System plików umożliwia przeglądanie pliku w bieżącym katalogu, ponieważ pliki są często zarządzane w sposób hierarchiczny.

Dysk (np. dysk twardy) ma system plików, niezależnie od typu i sposobu użycia. Zawiera także informacje o rozmiarze pliku, nazwie pliku, informacjach o fragmentach lokalizacji pliku i miejscu przechowywania danych na dysku, a także opisuje, w jaki sposób użytkownik lub aplikacja może uzyskać dostęp do danych. Operacje takie jak metadane, nazewnictwo plików, zarządzanie pamięcią masową i katalogi/foldery są zarządzane przez system plików.

Na urządzeniu pamięci masowej pliki są przechowywane w sektorach, w których dane są przechowywane w grupach sektorów zwanych blokami. Rozmiar i lokalizacja plików są identyfikowane przez system plików, a także pomaga rozpoznać, które sektory są gotowe do użycia. Oprócz systemu Windows istnieją inne systemy operacyjne zawierające system plików FAT i NTFS. Jednak produkty Apple (takie jak iOS i macOS) korzystają z systemu HFS+, ponieważ system operacyjny jest dostępny dla wielu różnych rodzajów systemów plików.

Czasami w odniesieniu do partycji używany jest termin „system plików”. Na przykład stwierdzenie „na dysku twardym dostępne są dwa systemy plików” nie musi oznaczać, że dysk jest podzielony pomiędzy dwa systemy plików: NTFS i FAT. Oznacza to jednak, że istnieją dwie oddzielne partycje korzystające z tego samego dysku fizycznego.

Większość aplikacji, z którymi się stykasz, wymaga systemu plików do działania; dlatego każda partycja powinna mieć jedną. Co więcej, jeśli program jest przeznaczony do użytku w systemie macOS, nie będzie można używać tego programu w systemie Windows, ponieważ programy są zależne od systemu plików.

Przykłady systemów plików

Poniżej podano przykłady systemów plików:

TŁUSZCZ: FAT to rodzaj systemu plików opracowanego dla dysków twardych. Oznacza tablicę alokacji plików i została po raz pierwszy wprowadzona w 1977 r. i jest używana dla 12 lub 16 bitów dla każdego klastra dostępu do tabeli alokacji plików (FAT). Na dyskach twardych i innych systemach komputerowych pomaga zarządzać plikami w systemach operacyjnych Microsoft. W urządzeniach takich jak aparaty cyfrowe, pamięć flash i inne urządzenia przenośne często stwierdza się, że służy również do przechowywania informacji o plikach. Pomaga także przedłużyć żywotność dysku twardego, ponieważ minimalizuje zużycie dysku twardego. Obecnie FAT nie jest używany w późniejszych wersjach systemu Microsoft Windows, takich jak Windows XP, Vista, 7 i 10, ponieważ korzystają one z systemu plików NTFS. The FAT8, FAT12, FAT32, FAT16 są różne typy FAT (dla tabeli alokacji plików).

GFS: GFS to system plików, który oznacza Global File System. Ma możliwość umożliwienia wielu komputerom działania jako zintegrowana maszyna, co zostało po raz pierwszy opracowane na Uniwersytecie w Minnesocie. Ale teraz jest utrzymywany przez Red Hat. Kiedy fizyczna odległość między dwoma lub większą liczbą komputerów jest duża i nie mogą one bezpośrednio przesyłać plików między sobą, system plików GFS umożliwia im bezpośrednie udostępnianie grupy plików. Komputer może zorganizować swoje wejścia/wyjścia w celu zachowania systemów plików za pomocą globalnego systemu plików.

HFS: HFS (Hierarchiczny system plików) to system plików używany na komputerze Macintosh do tworzenia katalogów podczas formatowania dysku twardego. Ogólnie rzecz biorąc, jego podstawową funkcją jest organizowanie lub przechowywanie plików na dysku twardym komputera Macintosh. Od chwili pojawienia się systemu OS X na rynku firma Apple nie obsługuje zapisu ani formatowania dysków HFS. Ponadto dyski w formacie HFS nie są rozpoznawane przez komputery z systemem Windows, ponieważ HFS jest formatem komputerów Macintosh. Za pomocą systemów plików WIN32 lub NTFS formatowane są dyski twarde Windows.

NTFS: NTFS to system plików, który oznacza system plików NT i przechowuje oraz pobiera pliki w systemie operacyjnym Windows NT i innych wersjach systemu Windows, takich jak Windows 2000, Windows XP, Windows 7 i Windows 10. Czasami jest znany jako Nowa Technologia System plików. W porównaniu z systemem plików FAT i HPFS zapewnia lepsze metody odzyskiwania plików i ochrony danych oraz oferuje szereg ulepszeń w zakresie rozszerzalności, bezpieczeństwa i wydajności.

UDF: UDF to system plików, skrót od Universal Disk Format, używany po raz pierwszy przez OSTA (Optical Storage Technology Association) w 1995 r. w celu zapewnienia spójności danych zapisywanych na kilku nośnikach optycznych. Jest używany z dyskami CD-ROM i DVD-ROM i jest obsługiwany we wszystkich systemach operacyjnych. Obecnie jest on używany w procesie nagrywania płyt CD-R i CD-RW, zwanym zapisem pakietowym.

Architektura systemu plików

System plików zawiera dwie lub trzy warstwy. Czasami te warstwy działają łącznie, a czasami są wyraźnie rozdzielone. W przypadku operacji na plikach interfejs API (interfejs programu aplikacji) jest udostępniany przez logiczny system plików, taki jak OPEN, CLOSE, READ i inne, ponieważ odpowiada za interakcję z aplikacją użytkownika. Ponadto w celu przetworzenia żądana operacja jest przekazywana do warstwy znajdującej się pod nią. Ponadto w przypadku różnych współbieżnych instancji fizycznych systemów plików obsługiwana jest druga opcjonalna warstwa, którą jest wirtualny system plików. Każda współbieżna instancja nazywana jest implementacją systemu plików.

Trzecia warstwa odpowiedzialna jest za obsługę buforowania i zarządzanie pamięcią, co nazywa się fizycznym systemem plików. Dotyczy fizycznego działania urządzenia pamięci masowej i przetwarza fizyczne bloki odczytywane lub zapisywane. Ponadto, aby sterować urządzeniem pamięci masowej, warstwa ta współdziała z kanałem i sterownikami urządzeń.

Rodzaje systemów plików

Istnieją różne rodzaje systemów plików, które są następujące:

1. Dyskowe systemy plików

Na dyskowym nośniku danych dyskowy system plików może losowo adresować dane w ciągu kilku okresów czasu. Obejmuje również przewidywania, które doprowadziły do ​​​​szybkości dostępu do danych. Bez względu na sekwencyjną lokalizację danych, wielu użytkowników może uzyskać dostęp do kilku danych na dysku za pomocą dyskowego systemu plików.

2. Systemy plików Flash

System plików flash odpowiada za ograniczenia, wydajność i specjalne możliwości pamięci flash. Lepsze jest wykorzystanie systemu plików zaprojektowanego dla urządzenia flash; jednakże dyskowy system plików jest podstawowym nośnikiem danych, który może wykorzystywać urządzenie pamięci flash.

3. Taśmowe systemy plików

System plików taśmowy służy do przechowywania plików na taśmie, ponieważ jest to format taśmy i system plików. W porównaniu z dyskami taśmy magnetyczne umożliwiają dłuższy dostęp do danych, co stanowi wyzwanie dla systemu plików ogólnego przeznaczenia pod względem tworzenia i wydajnego zarządzania.

4. Systemy plików baz danych

Inną metodą zarządzania plikami jest system plików oparty na bazie danych. Pliki są rozpoznawane na podstawie ich cech charakterystycznych (takich jak typ pliku, autor, temat itp.), a nie na podstawie hierarchicznego zarządzania.

5. Transakcyjne systemy plików

array.sort w Javie

Niektóre programy wymagają jednej lub więcej zmian, aby z jakiegokolwiek powodu zakończyć się niepowodzeniem lub wymagają kilku zmian w systemach plików, ale nie wprowadzają żadnych zmian. Na przykład program może zapisywać pliki konfiguracyjne lub biblioteki i pliki wykonywalne w czasie instalacji lub aktualizacji oprogramowania. Oprogramowanie może nie nadawać się do użytku lub być uszkodzone, jeśli zostanie zatrzymane podczas aktualizacji lub instalacji. Ponadto cały system może pozostać w stanie niezdatnym do użytku, jeśli proces instalacji lub aktualizacji oprogramowania nie zostanie ukończony.

6. Sieciowe systemy plików

Sieciowy system plików zapewnia dostęp do plików na serwerze. Na zdalnych komputerach podłączonych do sieci, za pomocą lokalnych interfejsów, programy mogą w przejrzysty sposób tworzyć, zarządzać i uzyskiwać dostęp do hierarchicznych plików i katalogów. Klienci przypominający system plików dla protokołów FTP i WebDAV oraz AFS, SMB i NFS są przykładami sieciowych systemów plików.

7. Systemy plików na dysku współdzielonym

System plików dysku współdzielonego umożliwia dostęp do tego samego podsystemu dysku zewnętrznego przez wiele komputerów, ale gdy pewna liczba komputerów uzyskuje dostęp do tego samego podsystemu dysku zewnętrznego, w takich warunkach mogą wystąpić kolizje; aby więc zapobiec kolizji, system plików decyduje, do którego podsystemu uzyskać dostęp.

8. Minimalny system plików

W latach siedemdziesiątych dla niektórych początkujących użytkowników mikrokomputerów dyski i cyfrowe urządzenia taśmowe były bardzo drogie. Zaprojektowano kilka tańszych, podstawowych systemów przechowywania danych wykorzystujących zwykłą kasetę audio. Na magnetofonie kasetowym użytkownik był informowany o naciśnięciu przycisku „NAGRAJ” w sytuacji konieczności zapisania danych przez system. Aby powiadomić system, naciśnij klawisz „RETURN” na klawiaturze. Również w przypadku magnetofonu kasetowego użytkownik musiał nacisnąć przycisk „ODTWARZAJ”, gdy system wymagał odczytania danych.

9. Płaskie systemy plików

Podkatalogi nie są dostępne w systemie płaskim. Zawiera jedyny katalog, a wszystkie pliki są przechowywane w jednym katalogu. Ze względu na stosunkowo niewielką ilość dostępnego miejsca na dane, ten typ systemu plików był odpowiedni, gdy po raz pierwszy pojawiły się dyskietki.