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फाइल सिस्टम के प्रकार और आर्किटेक्चर

फाइल सिस्टम क्या होता है (What is file system)

फाइल सिस्टम यह नियंत्रित करता है कि डाटा किस प्रकार से संग्रहीत और प्राप्त किया जाता है। फ़ाइल सिस्टम के बिना, स्टोरेज डिवाइस में रखी गई सारी जानकारी एक डाटा के ढेर के सामान होगी जहाँ पर यह बताना मुश्किल हो जायेगा की कोई डाटा कहाँ से शुरू हो रहा है और कहाँ पर ख़त्म। डाटा को छोटे छोटे भागों में अलग करके और प्रत्येक भाग को एक नाम देकर, जानकारी को आसानी से अलग और पहचान दिया जाता है। जिस तरह से पेपर-आधारित सूचना प्रणाली में डाटा के समूह को फाइल कहा जाता है। सूचना के समूहों और उनके नामों का प्रबंधन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले संरचना और तर्क नियमों को “फाइल सिस्टम” कहा जाता है।

फ़ाइल सिस्टम कई प्रकार के होते हैं। हर एक की संरचना, उसका लॉजिक, डाटा को एक्सेस करने की गति, लचीलापन, सुरक्षा, फाइल का अधिकतम आकार इत्यादी गुण होते हैं। कुछ फ़ाइल सिस्टम विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उदाहरण के लिए, आईएसओ 9660 फाइल सिस्टम विशेष रूप से ऑप्टिकल डिस्क के लिए डिज़ाइन किया गया है।

फ़ाइल सिस्टम का उपयोग विभिन्न प्रकार के स्टोरेज डिवाइस पर किया जा सकता है जो विभिन्न प्रकार के मीडिया का उपयोग करते हैं। 2019 तक, हार्ड डिस्क ड्राइव प्रमुख स्टोरेज डिवाइस में से एक है और यह भविष्य में भी बने रहने का अनुमान है। अन्य प्रकार के मीडिया में भी फाइल सिस्टम का उपयोग किया जाता है जिसमें एसएसडी (SSD), चुंबकीय टेप और ऑप्टिकल डिस्क शामिल हैं।

कुछ फ़ाइल सिस्टम स्थानीय डेटा भंडारण उपकरणों (Storage Device) पर उपयोग किए जाते हैं; अन्य नेटवर्क प्रोटोकॉल के माध्यम से फ़ाइल एक्सेस प्रदान करते हैं (उदाहरण के लिए, NFS, SMB, या 9P क्लाइंट)। कुछ फ़ाइल सिस्टम “आभासी” (वर्चुअल) हैं, जिसका अर्थ है कि जरुरत पड़ने पर इन फाइल्स का निमार्ण होता है (जैसे कि procfs और sysfs)। फ़ाइल सिस्टम उन फ़ाइलों के अन्दर के डाटा और मेटाडेटा दोनों को एक्सेस करने की सुविधा प्रदान करता है।



फाइल सिस्टम का आर्किटेक्चर (File System Architecture)

हर फाइल सिस्टम में दो या तीन परतें (layers) होती हैं। कभी-कभी फाइल सिस्टम में सभी परतें (layers) स्पष्ट रूप से अलग अलग हो जाती हैं, और कभी-कभी सभी लेयर के फ़ंक्शन को संयुक्त करके एक लेयर में कर दिया जाता है।

  1. Logical file system – ये फाइल सिस्टम यूजर एप्लीकेशन से सम्बंधित होता है, जैसे किसी एप्लीकेशन प्रोग्राम के अंतर्गत फाइल को ओपन (OPEN) करके उसके डाटा को रीड (READ) करना और फिर फाइल को क्लोज (CLOSE) करने के लिए एप्लीकेशन प्रोग्राम इंटरफ़ेस (Application Program Interface) प्रदान करवाता है| यह लेयर फाइल एक्सेस, डायरेक्टरी सम्बंधित कार्य और सुरक्षा सम्बंधित ऑपरेशन उपलब्ध करवाता है|
  2. Virtual file system (optional) – यह लेयर हर फाइल सिस्टम में मौजूद हो ऐसा जरुरी नहीं है, इस लेयर का प्रयोग वर्चुअल फाइल को प्रबंधित करने के लिए किया जाता है|
  3. Physical file system – यह लेयर स्टोरेज डिवाइस (जैसे डिस्क) के भौतिक संचालन से संबंधित है। यह पढ़ने या लिखे जाने वाले भौतिक ब्लॉकों को संसाधित करता है। यह बफरिंग और मेमोरी मैनेजमेंट को हैंडल करता है और स्टोरेज माध्यम पर विशिष्ट स्थानों में ब्लॉक के भौतिक स्थान के लिए जिम्मेदार है। भौतिक फ़ाइल सिस्टम डिवाइस ड्राइवर्स के साथ या स्टोरेज डिवाइस को चलाने के लिए चैनल के साथ इंटरैक्ट करता है|

फाइल सिस्टम के प्रकार (Types of file system)

फ़ाइल सिस्टम के कई प्रकार हैं और सभी फाइल सिस्टम के अलग अलग लॉजिक, स्ट्रक्चर और उनकी सरंचनाये अलग अलग होती हैं। फ़ाइल सिस्टम का प्रकार ऑपरेटिंग सिस्टम और उस ऑपरेटिंग सिस्टम की जरूरतों के अनुसार भिन्न हो सकता है। जैसा की आप जानते ही होंगे की तीन सबसे ज्यादा प्रचलित ऑपरेटिंग सिस्टम माइक्रोसॉफ्ट विंडोज (Microsoft Windows), मैक ओएस एक्स (MAC OS X) और लिनक्स (Linux) हैं। मोबाइल ऑपरेटिंग सिस्टम के अंतर्गत Apple iOS और Google Android शामिल हैं।

प्रमुख फाइल सिस्टम में निम्नलिखित शामिल हैं:

FAT

FAT का फुल फॉर्म फाइल एलोकेशन टेबल होता है, यह एक बहुत पुराना, सरल और विश्वसनीय फाइल सिस्टम है जो की माइक्रोसॉफ्ट विंडोज द्वारा समर्थित किया जाता है| FAT को 1977 में फ्लॉपी डिस्क के लिए बनाया गया था, लेकिन बाद में इसे हार्ड डिस्क के प्रयोग करने लायक बना लिया गया| फाइल एलोकेशन टेबल (File Allocation Table) का उपयोग ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा डिस्क पर फ़ाइलों का पता लगाने के लिए किया जाता है। एक फ़ाइल को कई खंडों में विभाजित किया जा सकता है और FAT एक फ़ाइल के सभी टुकड़ों का ट्रैक रखता है। डॉस सिस्टम में, बूट सेक्टर के बाद FAT सिस्टम को स्टोर किया जाता है।

FAT फाइल सिस्टम की विशेषताएं
  • एम एस डॉस में FAT फाइल सिस्टम के अंतर्गत फाइल का नाम कुल 8 अक्षर का हो सकता था|
  • विंडोज 2000 में FAT फाइल सिस्टम में फाइल का नाम उसकी लोकेशन के साथ 255 अक्षर का हो सकता था|
  • फाइल के नाम में “/ [] = , ^ ?a “” हो सकते हैं
  • FAT फाइल सिस्टम में फाइल का नाम Alphanumeric अक्षर से ही शुरू होता है|
  • फाइल का नाम में space और (.) डॉट का प्रयोग किया जा सकता है|
  • FAT फ़ोल्डर सुरक्षा का समर्थन नहीं करता है। कंप्यूटर पर स्थानीय रूप से लॉग किए गए उपयोगकर्ता को कंप्यूटर के FAT विभाजन में फ़ाइलों और फ़ोल्डरों तक पूरी पहुंच होती है।
  • FAT फ़ाइलों को त्वरित पहुँच प्रदान करता है। फ़ाइल एक्सेस की गति फ़ोल्डर में फ़ाइल के प्रकार, फ़ाइल का आकार और फ़ाइलों की संख्या पर निर्भर करती है।

FAT32 File System

FAT32 फाइल सिस्टम FAT फाइल सिस्टम का एक उन्नत संस्करण है। इसका उपयोग 512 एमबी से 2 टीबी आकार की हार्डड्राइव पर किया जा सकता है। FAT और FAT32 की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं में से एक यह है कि वे विंडोज 2000 के अलावा अन्य ऑपरेटिंग सिस्टम के साथ अनुकूलता प्रदान करते हैं।

FAT32 फाइल सिस्टम की विशेषताएं
  • पार्टीशन का आकर – FAT32 क्लस्टर को एड्रेस (address) करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बिट्स की संख्या को बढ़ाता है। क्लस्टर सेक्टरों का एक समूह है। यह प्रत्येक क्लस्टर के आकार को कम करता है। यह ज्यादा क्षमता तक की हार्ड डिस्क (2TB तक) के प्रयोग का समर्थन करता है|
  • एक्सेस स्पीड – FAT32 500 एमबी से ज्यादा या 2 जीबी से कम आकार की हार्ड डिस्क में फाइल को एक्सेस करने की बेहतर क्षमता प्रदान करता है। यह डिस्क की क्षमता का बेहतर ढंग से प्रयोग करने के लिए भी सुविधा देता है|

NTFS File System

NTFS का फुल फॉर्म New Technology File System होता है, विंडोज 2000 से लेकर अब तक के सभी विंडोज के संस्करण में इसका पूरा समर्थन होता है|

NTFS फाइल सिस्टम की विशेषताएं
  • फाइल का नाम 255 अक्षरों तक का हो सकता है|
  • फाइल के नाम में “ / < > * | : को छोड़कर लगभग सभी अक्षरों का प्रयोग कर सकते हैं|
  • फाइल के नाम में चाहें तो अंग्रेजी के छोटे (Lower case) या बड़े (Upper Case) हो सकते हैं, दोनों का मतलब एक सामान ही रहेगा|
  • NTFS फ़ाइल और फ़ोल्डर सुरक्षा प्रदान करता है। NTFS फाइल सिस्टम के अंतर्गत फ़ाइलें और फ़ोल्डर्स FAT से अधिक सुरक्षित रहती हैं। फ़ाइलों और फ़ोल्डरों के लिए विभिन्न अनुमतियों को असाइन (assign) करके सुरक्षा बनाए रखी जाती है।
  • स्थानीय और नेटवर्क स्तर पर सुरक्षा बनाए रखना भी आसान होता है। फाइल से सम्बंधित अनुमतियाँ (permission) व्यक्तिगत फ़ाइलों और फ़ोल्डरों को सौंपी जा सकती हैं। NTFS विभाजन में प्रत्येक फ़ाइल या फ़ोल्डर में एक एक्सेस कंट्रोल लिस्ट होती है। इसमें उपयोगकर्ता और समूह सुरक्षा पहचानकर्ता (SID)और उन्हें दिए गए विशेषाधिकार परिभाषित होते हैं।
  • NTFS फाइल सिस्टम में फाइल को 50 प्रतिशत तक कॉम्प्रेस (compress) करके स्टोर किया जा सकता है|
  • NTFS अत्यधिक विश्वसनीय है। इसके अंतर्गत फाइल ख़त्म हो जाने के बाद भी इसे पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। यह फ़ाइल और फ़ोल्डर्स लॉग को स्वचालित रूप से अपडेट करने के लिए लेनदेन लॉग का उपयोग करता है।
  • इस फाइल सिस्टम में बड़ी मात्रा में दोष सहने की क्षमता होती है। इसका अर्थ है कि यदि बिजली या सिस्टम की विफलता के कारण लेनदेन विफल हो जाता है, तो डेटा को पुनर्प्राप्त करने के लिए लॉग किए गए लेनदेन का उपयोग किया जाता है।

FAT32 और NTFS फाइल सिस्टम में अंतर 

ग्लोबल फाइल सिस्टम (Global File System)

ग्लोबल फाइल सिस्टम (जीएफएस) लिनक्स ओएस के लिए एक फाइल सिस्टम है, यह एक शेयर्ड डिस्क (Shared Disk) पर आधारित फाइल सिस्टम है। जीएफएस शेयर्ड ब्लॉक स्टोरेज के लिए सीधी पहुंच प्रदान करता है और इसे स्थानीय फाइल सिस्टम के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

GFS2 एक अपडेटेड वर्जन है जिसमें मूल GFS में शामिल फीचर्स नहीं हैं, जैसे कि अपडेटेड मेटाडेटा सिस्टम। जीएनयू जनरल पब्लिक लाइसेंस की शर्तों के तहत, GFS और GFS2 फाइल सिस्टम दोनों मुफ्त सॉफ्टवेयर के रूप में उपलब्ध हैं।

Hierarchical file system

HFS का फुल फॉर्म Hierarchical file system है| HFS फाइल सिस्टम का प्रयोग मैक ऑपरेटिंग सिस्टम (Mac OS) के साथ किया जाता है, इसे 1985 में फ्लॉपी और हार्ड डिस्क के लिए बनाया गया था| फिर यह Mac OS के लिए प्रयोग किया जाने लगा| इस फाइल सिस्टम को CD के साथ भी प्रयोग किया जा सकता है|

F2FS (Flash-Friendly File System)

F2FS (फ्लैश-फ्रेंडली फाइल सिस्टम) एक फ्लैश फाइल सिस्टम है जिसे शुरू में सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा लिनक्स कर्नेल के लिए विकसित किया गया था। F2FS का उद्देश्य एक फाइल सिस्टम का निर्माण करना था, जो NAND फ्लैश मेमोरी-आधारित स्टोरेज डिवाइस (जैसे सॉलिड-स्टेट डिस्क, eMMC और SD कार्ड) की विशेषताओं को ध्यान में रखता है, आज के समय में इस प्रकार की स्टोरेज डिवाइस मोबाइल डिवाइस से लेकर सर्वर तक के सिस्टम में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

इस फाइल सिस्टम के अंतर्गत फाइल की अधिकतम साइज़ 3.94 TB तक हो सकती है, तथा इस फाइल सिस्टम में अथिकतम 16TB की की स्टोरेज डिस्क का प्रयोग किया जा सकता है|

सिलेबस के अनुसार नोट्स
DCA, PGDCA, O Level, ADCA, RSCIT, Data Entry Operator
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