خوارزمية إسترداد البيانات لنظام ملفات +HFS

• المؤلف: Abdelhamid Balti
• محرر: Mykhailo Miroshnichenko
• تاريخ التحديث: 4.10.2024 12:15

في هذا المقال سوف نستكشف هيكل نظام ملفات +HFS، والتغييرات التي تميزه عن الإصدار السابق، HFS. سنقوم أيضًا بتحليل الخوارزميات الخاصة بإسترداد البيانات المطبقة على محركات أقراص +HFS.

المحتوى

• مزايا وخصائص نظام +HFS
• بنية نظام HFS Plus
  • ماهو B-tree؟
  • ما هي سجلات النطاق وملف تجاوز النطاق؟
  • رأس وحدة التخزين
  • ملف التخصيص
  • ملف الفهرس
  • ملف بدء التشغيل
  • الكتل التالفة
  • الدفتر اليومي
• إسترداد البيانات في Time Machine
• خوارزمية الإسترداد لنظام +HFS
• الخاتمة
• أسئلة وأجوبة
• التعليقات

مزايا وخصائص نظام +HFS

تتمثل الميزة الرئيسية لنظام +HFS في إستخدام بنية 32 بت بدلاً من 16 بت في HFS. كان نظام العنونة الأقدم قيدًا خطيرًا في حد ذاته لأنه لا يدعم العمل مع وحدات التخزين التي تحتوي على أكثر من 65536 كتلة. على سبيل المثال، على قرص بسعة 1 غيغابايت، يكون حجم كتلة التخصيص (الكتلة) ضمن HFS هو 16 كيلوبايت، لذلك حتى ملف 1 بايت قد يشغل مساحة القرص البالغة 16 كيلوبايت بأكملها.

تمامًا مثل سابقتها، يستخدم نظام +HFS ما يسمى بـ B-tree لتخزين جزء كبير من البيانات الوصفية.

يتم تقسيم وحدات تخزين +HFS إلى قطاعات (تسمى الكتل المنطقية في HFS)، وعادة ما يكون حجمها 512 بايت. يشكل قطاع واحد أو أكثر كتلة تخصيص (كتلة)؛ يعتمد عدد كتل التخصيص على الحجم الإجمالي لوحدة التخزين. تسمح وظيفة العنونة 32 بت بإستخدام أكثر من 4294967296 كتلات مقارنة بـ 65536 المتاحة لوظيفة 16 بت. عند المقارنة، يختلف نظام الملفات من خلال:

• طول إسم الملف: 32 في نظام HFS و 255 في نظام +HFS؛
• ترميز إسم الملف: Mac Roman في نظام HFS و Unicode في نظام +HFS؛
• حجم التسجيل: 512 بايت في نظام HFS و 4 كيلو بايت في نظام +HFS؛
• وزاد العدد الأقصى للملفات: HFS:2^31 ،HFS +:2^63.

إذهب للعرض

🔝 Top Tools to Recover Data from HFS+ Drives. How to Recover a MacOS Extended Drive in 2021 🍏

بنية نظام HFS Plus

يتم تقسيم وحدات تخزين HFS Plus إلى قطاعات (تسمى الكتل المنطقية في HFS)، وعادة ما يكون حجمها 512 بايت. يتم بعد ذلك تجميع هذه القطاعات معًا في كتل تخصيص (على غرار الكتلات في Windows) والتي يمكن أن تحتوي على قطاع واحد أو أكثر. يعتمد عدد كتل التخصيص على الحجم الإجمالي لوحدة تخزين. يستخدم نظام HFS Plus قيمة أكبر لمعالجة كتل التخصيص من نظام HFS، أي 32 بت بدلاً من 16 بت. يستخدم نظام الملفات ترميز Big Endian.

لإدارة عملية تخصيص البيانات على القرص، يقوم نظام +HFS بتخزين معلومات الخدمة الخاصة المعروفة بإسم البيانات الوصفية. تعتبر العناصر التالية أكثر أهمية للتشغيل السليم لنظام الملفات ولها أهمية خاصة عند البحث عن البيانات المفقودة:

• رأس وحدة التخزين. لديه هيكل من نوع الجدول، ويستخدم سجلات المدى (النطاقات)؛
• ملف التخصيص. منظم كصورة نقطية، فإنه يستخدم سجلات المدى (النطاقات)؛
• ملف الفهرس. لديه بنية B-tree، ويستخدم سجلات المدى (النطاقات)؛
• ملف تجاوز النطاقات. لديه هيكل B-tree؛
• ملف الكتلة التالفة. لديه هيكل B-tree؛
• ملف بدء التشغيل. حجم ثابت؛
• الدفتر اليومي. مساحة القرص ذات حجم و موقع ثابت.

يتضمن نظام التشغيل المزيد من الهياكل الأخرى، ولكن تلك التي قمنا بإدراجها ذات أهمية أساسية لإسترداد البيانات. من أجل الإستمرار في فحص الهيكل، نحتاج إلى دراسة المفاهيم الأساسية، B-tree والنطاقات (extents).

ماهو B-tree؟

لتخزين جزء من المعلومات، يستخدم نظام +HFS هياكل B-trees. وهي مطلوبة لتمكين كتابة كميات معينة من البيانات (على سبيل المثال، 100 ميجابايت) في كتل ذات حجم ثابت (على سبيل المثال، 4 كيلوبايت). في هذه الحالة، لا تحتوي الكتلة الأولى على البيانات نفسها، ولكن الروابط إلى الكتل التالية التي قد تحتوي إما على روابط لمستوى آخر من الكتل، أو تحتوي على بيانات فعلية. تُعرف عناصر الهيكل التي تحتوي على روابط التي تعرف بالعُقد، ويشار إلى عناصر المستوى الصفري التي تحتوي على بيانات بالأوراق.

ما هي سجلات النطاق وملف تجاوز النطاق؟

لتخزين معلومات حول عدد الكتل التي يشغلها ملف، قد يستخدم نظام +HFS من 0 إلى 8 سجلات نطاق. يحتوي كل سجل على رابط إلى الكتلة الأولى التي تحتوي على البيانات، وعدد الكتل التسلسلية المستخدمة لتخزين البيانات. إذا كان الملف مجزءًا جدًا وكانت 8 سجلات غير كافية لوصف جميع أجزائه، تتم كتابة الأجزاء المتبقية (العناصر) في الملف بنطاقات إضافية – Extent Overflow File.

رأس وحدة التخزين

يوجد رأس وحدة التخزين دائمًا في القطاع الثاني من القرص (العد من البداية) ويحتوي على معلومات عامة عن وحدة التخزين. على سبيل المثال، حجم كتل التخصيص أو الطابع الزمني الذي يشير إلى وقت إنشاء وحدة التخزين أو موقع هياكل وحدات التخزين الأخرى: ملف الفهرس، ملف تجاوز النطاق، ملف التخصيص، الدفتر اليومي، إلخ. يحتوي الجزء الثاني إلى الأخير من القرص دائمًا على نسخة رأس وحدة التخزين، أي نسخة رأس وحدة التخزين.

ملف التخصيص

يحتوي على بيانات حول كتل التخصيص المشغولة والشاغرة. يتم تمثيل كل كتلة تخصيص بتة واحدة. تعني القيمة الصفرية أن الكتلة شاغرة بينما تعني القيمة الواحدة أن الكتلة قيد الإستخدام. في بعض الأحيان، يشار إلى هذه البنية بإسم الصورة النقطية. يمكن أن يتغير حجم ملف التخصيص ولا يلزم تخزينه في مكان قريب داخل وحدة تخزين. يتم تخزين جميع المعلومات المتعلقة بعناصر الملف في رأس المجلد.

ملف الفهرس

يخزن جزءًا كبيرًا من البيانات حول تخصيص الملفات والمجلدات على القرص، وهو في الواقع عبارة عن بنية كبيرة B-tree.

في نظام HFS Plus، هذا الملف مشابه جدًا لملف الفهرس في نظام HFS، والفرق الرئيسي هو حجم الحقل. الآن هو أكبر ويحتوي على المزيد من البيانات. على سبيل المثال، يسمح بإستخدام أسماء Unicode أطول من 255 حرفًا للملفات. في نظام HFS، يبلغ حجم التسجيل 512 بايت، مقارنة بـ 4 كيلوبايت في نظام HFS Plus لنظام التشغيل Mac OS و 8 كيلوبايت لنظام التشغيل OS X. الحقول في نظام HFS لها حجم ثابت، بينما نظام الملفات HFS Plus يتيح لها حجمًا متنوعًا إعتمادًا على المقدار الفعلي للبيانات.

تخزن معظم الحقول سمات صغيرة يمكن تركيبها في مساحة 4 كيلوبايت. بالنسبة إلى السمات الأكبر، يتم إستخدام نطاقات إضافية (الحد الأقصى للعدد المتاح هو 8 نطاقات، وإذا كانت هناك حاجة إلى المزيد، يتم حفظها في ملف تجاوز النطاق Extent Overflow File). تحتوي النطاقات على روابط إلى الحقول الأخرى حيث يتم تخزين بيانات السمة الأكبر.

ملف بدء التشغيل

هذا الملف مخصص لأنظمة التشغيل التي لا تدعم أنظمة الملفات HFS أو HFS Plus، ويشبه كتل التمهيد في وحدات تخزين نظام HFS.

الكتل التالفة

يحتوي هذا الملف على بيانات عن جميع الكتل (المعيبة) التي تم تغيير موقعها.

الدفتر اليومي

الدفتر اليومي ليس ملفًا ولكنه مساحة ثابتة الحجم (مجموعة من الكتل) على القرص. يتم تخزين روابط الكتل الأولى وحجم المنطقة في رأس وحدة التخزين. قبل كتابة أي تغييرات على القرص، يكتبها نظام +HFS في الدفتر اليومي، وعندها فقط في ملفات النظام. في حالة حدوث إنقطاع للتيار الكهربائي أثناء عملية الكتابة، يمكن إسترداد نظام الملفات.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن حجم الدفتر في نظام +HFS محدود ويتم الكتابة فوق محتوياته بإنتظام. عادةً ما يتم الكتابة فوق دفتر يوميات تمهيد وحدة تخزين في Mac Mini في غضون 5-10 دقائق، والوقت الذي يسبق الكتابة فوقه في MacBook حوالي 30 دقيقة. إذا تم تفعيل وظيفة Time Machine، فسيتم تقليل هذا الوقت إلى 20 ثانية.

إسترداد البيانات في Time Machine

بدءًا من نظام التشغيل Mac OS X Leopard، يتضمن نظام التشغيل وظيفة Time Machine. تقوم هذه الأداة بإنشاء نسخ إحتياطية من الملفات لتسجيل جميع التغييرات التي تحدث لنظام الملفات. تساعد كل هذه الأشياء المستخدمين على إستعادة نظام التشغيل بأكمله، أو عدة ملفات أو ملف فردي بنفس الشكل الذي كان عليه تمامًا في وقت معين.

يتم تخصيص قرصًا منفصلاً لتستخدمه أداة Time Machine. تصنع شركة Apple جهازًا خاصًا، يسمى Apple Time Capsule، والذي يمكن إستخدامه على وجه التحديد كقرص شبكي لتخزين ملفات النسخ الإحتياطي لـ Time Machine. يمكن إستخدام Time Machine مع أي قرص USB أو eSATA. عند بدء تشغيله لأول مرة ، تنشئ Time Machine مجلدًا على قرص النسخ الإحتياطية (الإحتياطي) المحدد لإحتواء جميع البيانات.

لاحقًا، ستقوم أداة Time Machine بنسخ الملفات المعدلة فقط. بشكل عام، طالما يتم إستخدام Time Machine على القرص، فإن إستعادة البيانات المفقودة ليست مشكلة كبيرة.

خوارزمية الإسترداد لنظام +HFS

يعد إسترداد البيانات من نظام ملفات +HFS أكثر صعوبة من أنظمة الملفات الأخرى. أحد الجوانب التي تسبب الصعوبات هو أن نظام +HFS يستخدم B-trees لتخزين معظم البيانات الوصفية لوحدات التخزين عند تخصيص الملفات. بعد إزالة الملف، يتم تحديث B-tree على الفور، وبالتالي يتم فقدان المعلومات المتعلقة بمكان الملف الذي تمت إزالته مرة واحدة.

يتيح لك برنامجنا رؤية جهاز التخزين وهيكل +HFS في نظام التشغيل Windows دون إستخدام أي برامج أو برامج تشغيل إضافية.

أثناء إجراء فحص تحليلي كامل، تسمح الخوارزمية الخاصة به بإسترداد هذه العناصر عند البحث عن البيانات المفقودة، و إسترداد المعلومات التي نحتاجها.

إذا إخترت فحصًا سريعًا، يقوم البرنامج بقراءة رأس المجلد أو نسخته، ويحصل على حق الوصول إلى ملف الفهرس وموقع الدفتر اليومي على القرص. إذا لم يتم الكتابة فوق الكتل المتعلقة بهذه الملفات بعد، فسيتم قراءتها و إسترداد البيانات.

إذا لم تتم الكتابة فوق كتل الملف الذي تمت إزالته، فإن هذه الطريقة تتيح لك إسترداد الملف بالكامل. وحتى إذا تمت الكتابة فوقها، فلا يزال من الممكن العثور على بيانات الملف في الدفتر اليومي، أو سيتم إسترداد الملف جزئيًا.

تسمح الخوارزمية التي تتجاوز الفحص الكامل للبرنامج بإستبعاد عناصر معينة أثناء البحث عن البيانات المحذوفة، لذلك سيعيد البرنامج بناء بنية القرص وعرض الملفات المحذوفة، حتى لو تم إستبدال رأس وحدة التخزين وملف الفهرس جزئيًا.

الخاتمة

بشكل عام، يمكن القول أن +HFS هو نظام ملفات قديم، والذي أصبح موجودًا كإصدار محسّن من نظام ملفات أقدم، HFS. في الوقت الحالي، تم إستبدال +HFS بنظام ملفات Apple.

من حيث الأداء والسلامة والموثوقية، يتخلف نظام +HFS عن نظام APFS إلى حد كبير، لذلك تصبح مسألة إسترداد البيانات ذات صلة بشكل خاص. نادرًا ما تختفي المعلومات بدون أثر، لذا بمعرفة كيفية عمل نظام الملفات جيدًا، قد تأمل في إسترداد حتى العناصر التي أعتُبرت في البداية أنها فقدت إلى الأبد.

إذهب للعرض

🔝 Top Tools to Recover Data from APFS drives or how to recover Apple MacOs disk in Windows (2021)🍏