الفصل : 9
الجزء : 3
العنوان : تنفيذ التخزين الشامل (Implementing Mass Storage)
ملحوظة :
تشير كلمة " مجموعة " الى كلمة " Cluster “ فقط استخدم الكلمة العربية لتكون بشكل تخيلي افضل
تنسيق القرص الصلب (Hard Drive Formatting)
بمجرد أن تقسم قرصًا صلبًا، تكون تلك partition ليست سوى عدد كبير من blocks . يحتاج نظام التشغيل إلى تخزين الملفات، وهذه الملفات تحمل أسماء مثل VacationMemories.mp4 أو chrome.exe. يجب أن ننظم تلك blocks (انظر الشكل 1 ).
 | |
|
عملية التهيئة او ما تسمى بال Formatting ، والتي تُعرف أيضًا بعملية تنسيق، هي عملية تحويل القسم إلى شيء يمكنه تخزين الملفات. تقوم عملية التهيئة بعمل شيئين. أولًا، تقوم بإنشاء نظام الملفات - وهو تنظيم لجميع الblocks الموجودة في ذلك القسم، مما يتيح تخزين الملفات واسترجاعها. ثانيًا، تقوم عملية التهيئة بإنشاء دليل رئيسي في نظام الملفات لتمكين القسم من تخزين المجلدات. يجب تهيئة كل قسم أو جزء حتى يتمكنوا من استيعاب واسترجاع البيانات.
كل نظام تشغيل لديه نظام ملفات خاص به. بالنسبة لأجهزة آبل، يستخدم macOS نظامي ملفات يُعرفان باسم APFS و HFS+. يملك مستخدمو لينكس العديد من الخيارات للاختيار من بينها؛ حيث يستخدم معظمهم نظام الملفات ext4 ولكنك سترى أنظمة ملفات أخرى بأسماء مثل BTRFS، XFS، ZFS، وما إلى ذلك. يحمل ويندوز أنظمة ملفات بأسماء مثل NTFS، FAT32، و exFAT. دعونا نفهم أولاً ماذا يفعل نظام الملفات (باستخدام ويندوز كمثال)، ثم سنناقش الاختلافات.
ال FAT32
منطقة التخزين الأساسية لأقراص الصلب هي block ؛ حيث تخزن كل block حتى 4096 بايت من البيانات. في قسم صغير، تتألف كل مجموعة من block واحدة. إذا كان الملف أكبر من 4096 بايت، سيستخدم عددًا من المجموعات الblock لتخزين الملف. يحتاج نظام التشغيل إلى طريقة لملء مجموعة واحدة، والبحث عن مجموعة أخرى غير مستخدمة وملئها، ومواصلة ملء المجموعات حتى يتم تخزين الملف بالكامل. بمجرد أن يخزن نظام التشغيل ملفًا، يجب أن يتذكر أي مجموعة تحمل الملف، حتى يمكن استرجاعه لاحقًا. إذا قام نظام التشغيل بتخزين ملف أصغر من 4096 بايت، سيتبقى جزء غير مستخدم من المجموعة. نقبل هذا الهدر لأن معظم الملفات أكبر بكثير من 4096 بايت.
دعم MS-DOS الإصدار 2.1 لأقراص الصلب لأول مرة باستخدام هيكل بيانات ونظام فهرسة لتتبع البيانات المخزنة على القرص الصلب، وسماها مايكروسوفت file allocation table (FAT). فكر في FAT ككتالوج بطاقات يقوم بتتبع أي مجموعات تخزين الأجزاء المختلفة للملف. المصطلح الفني الرسمي لـ FAT هو "هيكل بيانات" او data structure ، لكنه يشبه أكثر ورقة عمل ذات عمودين.
العمود الأيسر (انظر الشكل 2 ) يعطي لكل مجموعة رقمًا hexadecimal من 00000000 إلى FFFFFFFF. كل حرف hexadecimal يُمثل أربعة أرقام ثنائية أو 4 بت. بالتالي، تُمثل ثمانية أحرف عشرية 32 بت. إذا قمت بعملية الحساب (2^32)، ستجد أن هناك أكثر من أربعة مليارات مجموعة يمكن تتبعها أو فهرستها.
 | |
|
ملاحظة:
الأحرف الHexadecimal تغطي الأرقام الdecimal من 0 إلى 15، حيث تتراوح من 0 إلى 9 ثم من A إلى F؛ ويعكس كل حرف حالة أربعة أحرف ثنائية. تضيفها معًا لتكوين الرقم. لذا، على سبيل المثال، 0000 في النظام الثنائي يمثل عددًا صفريًا والرقم الست عشري يكون 0. عندما تزيد رقمياً في النظام الثنائي إلى 0001، يُمثل ذلك الرقم 1 في النظام العشري وأيضًا في الست عشري. المفتاح في الست عشري هو عندما تصل إلى الرقم 10. في النظام الثنائي، يبدو هذا على النحو التالي: 1010. ولكن لأن الست عشري تستخدم رقمًا واحدًا فقط، يتم تمثيله بـ A. الحرف B يُترجم إلى 11 في النظام العشري أو 1011 في النظام الثنائي، وهكذا.
نسمي هذا النوع من FAT بـ 32-bit FAT أو FAT32. وليس فقط الأقراص الصلبة ووحدات التخزين الصلبة (SSD) التي تحتوي على أنظمة ملفات FAT. العديد من أقراص الفلاش USB تستخدم FAT32 أيضًا.
العمود الأيمن في جدول FAT يحتوي على معلومات حول حالة المجموعات. جميع أقراص الصلب، حتى الأقراص الجديدة العلامة من المصنع، تحتوي على blocks معيبة لا يمكن تخزين البيانات فيها بسبب عيوب في بنية الأقراص. يجب على نظام التشغيل تحديد موقع هذه الblocks السيئة، ووضع علامة عليها على أنها غير قابلة للاستخدام، ثم منع كتابة أي ملفات عليها. هذه المسألة تسمى mapping of bad blocks وهي واحدة من وظائف الhigh-level formatting . بعد أن يقوم برنامج التهيئة بإنشاء جدول FAT، يقوم بتمرير كل block في القسم بأكمله، ويقوم بكتابة بيانات في كل block على التوالي ومحاولة قراءة من كل block . إذا وجد block سيئة، يضع رمز حالة خاص (0000FFF7) في موقع جدول FAT الخاص بالblock ، مشيرًا إلى أن المجموعة غير متاحة للاستخدام. التهيئة تميز أيضًا الblock الجيدة برمز 00000000. (انظر الى الشكل 3 )
 | |
|
ملاحظة:
الHigh-level formatting ، كما هو مذكور، تقوم أولاً بإنشاء جدول FAT ومن ثم تقوم بإنشاء دليل رئيسي فارغ(blank root directory ) . يُعرف هذا العملية في لغة مايكروسوفت بالquick format . يمكنك، إذا اخترت ذلك، تشغيل أداة التهيئة لاختبار كل sector لتحديد الsector التي لا يمكن استخدامها في جدول FAT. يُطلق على هذا العملية اسم الfull format .
ال FAT32 في العمل
لنفترض أن لديك نظامًا يستخدم نظام ملفات FAT32. عندما تقوم تطبيقات مثل Microsoft Word بإخبار نظام التشغيل بحفظ ملف، يبدأ ويندوز من بداية جدول FAT بالبحث عن أول مساحة مميزة بـ "open for use " (00000000)، ويبدأ في الكتابة إلى تلك المجموعة. إذا كان الملف بأكمله يتناسب داخل تلك المجموعة، يضع ويندوز الرمز 0000FFFF (آخر مجموعة) في منطقة الحالة بالمجموعة في جدول FAT. يُسمى ذلك علامة نهاية الملف. بعد ذلك، ينتقل ويندوز إلى المجلد الذي يحتوي على الملف ويضيف اسم الملف ورقم المجموعة إلى قائمة المجلد. إذا استدعى الملف أكثر من مجموعة واحدة، يبحث ويندوز عن المجموعة التالية المفتوحة ويضع رقم المجموعة التالية في منطقة الحالة، ملء وإضافة المجموعات حتى يتم حفظ الملف بالكامل. ثم تتلقى المجموعة الأخيرة علامة نهاية الملف (0000FFFF).
لنقم بتنفيذ مثال عملي على هذه العملية، بدءًا من تحديد جزء تعسفي من جدول FAT: من 03213ABB إلى 03213AC7. لنفترض أنك ترغب في حفظ ملف يحمل اسم "mom.txt". قبل حفظ الملف، يبدو جدول FAT كما في الشكل 4 .
 | |
|
يجد ويندوز أول مجموعة مفتوحة، وهي 03213ABB، ويقوم بملئها. ولكن ملف "mom.txt" بأكمله لن يتناسب داخل تلك المجموعة. بحاجة إلى مزيد من المساحة، يقوم نظام التشغيل بالبحث من خلال جدول FAT للعثور على المجموعة التالية المفتوحة. يجد المجموعة 03213ABC. قبل ملء المجموعة 03213ABC، يتم وضع القيمة 03213ABC في حالة المجموعة 03213ABB. حتى بعد ملء مجموعتين، يتبقى المزيد من ملف "mom.txt"، لذا يجب على ويندوز العثور على مجموعة واحدة أخرى. تم وضع علامة 0000FFF7 (كتلة سيئة) على المجموعة 03213ABD، لذا يتخطى ويندوز المجموعة 03213ABD ويجد المجموعة 03213ABE.
قبل ملء المجموعة 03213ABE، يقوم ويندوز بإدخال القيمة 03213ABE في حالة المجموعة 03213ABC. ويندوز لا يملأ المجموعة 03213ABE بالكامل، مما يشير إلى أن ملف "mom.txt" بأكمله قد تم تخزينه. يقوم ويندوز بإدخال القيمة 0000FFFF في حالة المجموعة 03213ABE، مشيرًا إلى نهاية الملف (انظر الشكل 5 ).
 | |
|
بعد حفظ جميع المجموعات، يقوم ويندوز بتحديد مجلد الملف (نعم، المجلدات أيضًا تُخزن على blocks ، لكنها تحصل على مجموعة مختلفة من blocks في مكان آخر على القرص) ويسجل اسم الملف، والحجم، والتاريخ/الوقت، ومجموعة البداية، مثل هذا:
mom.txt 13234 05-19-19 2:04p 03213ABB
إذا طلب برنامج الوصول إلى هذا الملف، يتم عكس العملية. يقوم ويندوز بتحديد المجلد الذي يحتوي على الملف لتحديد مجموعة البداية ومن ثم يستخرج جزءًا من الملف من كل مجموعة حتى يصل إلى مجموعة نهاية الملف. بعد ذلك، يقدم ويندوز الملف المعاد تجميعه لتطبيق الطلب.
من الواضح أنه بدون جدول FAT، لا يمكن لويندوز تحديد موقع الملفات. يقوم FAT32 تلقائياً بإنشاء نسختين من جدول FAT. يكون هناك جدول FAT يعمل كنسخة احتياطية للجدول الآخر لتوفير وسيلة للأدوات الخاصة لاستعادة جدول FAT الذي قد يتلف - وهذا حدث شائع بشكل مؤلم.
أحجام المجموعات في FAT32
أحجام المجموعات تتغير وفقًا لنظام الملفات. يوفر FAT32 أحجام مجموعات بحجم 4 كيلوبايت حتى حجم قسم يصل إلى 2 غيغابايت، وهذا يتناسب مع حجم block يساوي 4 كيلوبايت. وتتطلب partitions الأكبر مجموعات تحتوي على مزيد من الblocks، مما يقلل إلى حد ما من كفاءة تلك القرص. يعرض الجدول 1 تأثير التدرج في FAT32.
 | |
|
ما زال يُستخدم نظام الملفات FAT32 بشكل شائع جدًا حتى اليوم، ولكن ليس لأقسام نظام التشغيل. بل ستراه على وسائط التخزين الفلاشية الصغيرة (< 32 غيغابايت) مثل محركات الفلاش USB.
التجزئة (Fragmentation)
مستمرين في المثال، دعونا نستخدم برنامج Microsoft Word لحفظ ملفين إضافيين: خطاب يحمل اسم "Important Document 31.docx " وخطاب بعنوان "System Storage.docx ". يأخذ ملف "Important Document 31.docx" ثلاث مجموعات أخرى، وهي 03213ABF و 03213AC0 و 03213AC1، ويأخذ ملف "System Storage.docx" مجموعتين، وهما 03213AC2 و 03213AC3 (انظر الشكل6 ).
 | |
|
بفرض أن هذه الملفات جميعها في نفس المجلد، تبدو معلومات الملفات على النحو التالي:
الآن لنفترض أنك قمت بحذف ملف "mom.txt". ويندوز لا يقوم بحذف إدخالات الblock في جدول FAT لملف "mom.txt" عندما يقوم بحذف الملف. ويقوم ويندوز فقط بتعديل المعلومات في المجلد، عن طريق تغيير الحرف الأول من "mom.txt" إلى الحرف اليوناني الصغير "σ" (سيغما)، كما هو مبين أدناه. وهذا يجعل الملف يبدو وكأنه "اختفى" بقدر ما يعرفه نظام التشغيل. لن يظهر، على سبيل المثال، في مستكشف ويندوز، حتى وإن كانت البيانات لا تزال موجودة على القرص الصلب في الوقت الحالي.
ملحوظة:
تحت الظروف العادية، ويندوز لا يقوم في الواقع بحذف الملفات عند الضغط على مفتاح الحذف. بدلاً من ذلك، يقوم ويندوز بنقل قائمة الملف (وليس الblocks الفعلية) إلى مجلد خاص مخفي يمكنك الوصول إليه من خلال سلة المحذوفات. الملفات نفسها لا تتم حذفها فعليًا حتى تقوم بتفريغ سلة المحذوفات.
بسبب وجود البيانات الخاصة بـ "mom.txt" بصورة سليمة، يمكنك استخدام برنامج ما لتغيير الحرف "σ" إلى حرف آخر وبالتالي استعادة المستند. هناك العديد من أدوات استعادة الملفات المتاحة من جهات خارجية. يُظهر الشكل 7 برنامجًا من هذا النوع في العمل. فقط تذكر أنه إذا كنت ترغب في استخدام أداة استعادة الملفات، يجب عليك استخدامها بسرعة. قد يتم قريبًا استبدال المساحة المخصصة للملف المحذوف بواسطة ملف جديد.
 | |
|
لنفترض أنك قمت للتو بتفريغ سلة المحذوفات الخاصة بك. الآن تقوم بحفظ ملف واحد آخر، وهو ملف بامتداد .xls يحمل اسم "Taxrec.xls"، وهو جدول بيانات كبير سيحتاج إلى ست مجموعات، في نفس المجلد الذي احتوى على "mom.txt" من قبل. عندما يقوم ويندوز بكتابة الملف إلى القرص، يقوم بالكتابة فوق المساحة التي استخدمها "mom.txt"، ولكنه يحتاج إلى ثلاث مجموعات إضافية. المجموعات الثلاث التالية المتاحة هي 03213AC4 و 03213AC6 (متجاوزًا المجموعة 03213AC5 التي تم وضع علامة سيئة عليها) و 03213AC7 (انظر الشكل8 ).
 | |
|
لاحظ أن ملف "taxrec.xls" مقسم إلى قطعتين، مما يعني أنه تم تجزئته. التجزئة تحدث طوال الوقت في أنظمة FAT32. على الرغم من أن النظام يتفاوض بسهولة مع ملف مجزأ صغير ينقسم إلى قطعتين فقط، إلا أن التجزئة الزائدة تبطئ النظام أثناء قراءة وكتابة القرص الصلب. يتم تجزئة هذا المثال إلى قطعتين؛ في العالم الحقيقي، قد يتجزأ ملف إلى مئات القطع، مما يجبر رؤوس القراءة/الكتابة على التنقل في جميع أنحاء القرص الصلب لاسترجاع ملف واحد. يمكنك تحسين سرعة قراءة وكتابة الملفات على القرص الصلب بشكل كبير عن طريق التخلص من هذه التجزئة.
يأتي ويندوز مع برنامج يسمى "Disk Defragmenter" (في ويندوز 7) أو "Optimize Drives" (في ويندوز 8/8.1/10) الذي يمكنه إعادة ترتيب الملفات إلى قطع متجاورة منتظمة (انظر الشكل 9 ). يقوم ويندوز بذلك تلقائياً بشكل افتراضي. التجزئة الهامة لضمان أعلى أداء للقرص الصلب الميكانيكي. يتناول قسم "صيانة وحل مشاكل الأقراص الصلبة" في هذا الفصل التفاصيل حول كيفية العمل مع أدوات التجزئة المختلفة في ويندوز.
 | |
|
توجد أيضًا تجزئة نوعية في (SSDs)، ولكن طبيعة SSDs تعني أنه يمكن الوصول بسهولة تقريبية إلى أي صفحة كما هو الحال مع أي صفحة أخرى. في الجيل الأول من SSDs، بمجرد أن يتم كتابة البيانات في خلية الذاكرة، فإنها تبقى هناك حتى يتم ملؤها بالكامل. حتى إذا احتوت الخلية على محتويات ملف من ملف "محذوف"، لم يتم مسح الخلية أو الكتابة فوقها على الفور، لأن وحدة التحكم SSD ليس لديها وسيلة لمعرفة أن محتويات الخلية تم حذفها بقدر ما يعرفه النظام التشغيل.
نظرًا لأن خلايا الذاكرة في SSD لديها عدد محدود من المرات التي يمكن أن يتم فيها كتابة البيانات فيها قبل أن تتعطل، فإن الجيل الأول من SSDs انتظر حتى يتم ملء جميع الخلايا في وحدة التخزين الحالة الصلبة قبل أن يتم مسح وإعادة استخدام خلية سابقة تم كتابتها.
تتميز وحدات التخزين الSSDs الحديثة بميزة تسمى "Trim" تتيح لنظام التشغيل إصدار أوامر لتنظيف وإعادة استخدام المناطق التي تم حذفها. يحدث ذلك تلقائياً، لذا ليس هناك أي سبب لأن تقوم بتجزئة وحدة التخزين الحالة الصلبة.
■ النهاية
نكون هنا انتهينا من الجزء 3 من الفصل 9 تماما من شهادة A plus المقدمة من CompTIA نتقدم الأن تقدم ملحوظ وواضح ولكن المشوار ما زال ايضا طويل وممتع جدا جدا لذلك احرص على قرائة كل فصل سريعا
و لا بد وانت تقرا ان تكون مركز جيدا لكل معلومة ومعك ورقة وقلم , لانك بالتاكيد ستحتاجها
واذا واجهتك اي مشكلة في الفهم او ما شابه , يمكنك على الفور الذهاب الى المجتمع الخاص بنا في Telegram للمناقشة والتواصل معنا من هنا
او اذا واجهتك مشكلة في الموقع او تريد اجابة سريعة يمكنك الذهاب الى اخر صفحة في الموقع ستجد صفحة اتصل بنا موجودة يمكنك ارسالة لنا مشكلتك , وسيتم الرد عليها بسرعة جدا ان شاء الله
ويمكنك الأنضمام الى المجتمع Hidden Lock بالكامل مع جميع قنواته للأستفادة في اخر الأخبار في عالم التقنية وايضا الكتب بالمجان والكورسات والمقالات من خلال الرابط التالي لمجموعة القنوات من هنا
يمكنك ايضا متابعتنا في منصات X او Twitter سابقا , لمشاهدة الاخبار والمقالات السريعة والمهمة من
وفقط كان معكم sparrow مقدم هذه الشهادة من فريق Hidden Lock
