В 2017 году компания Apple начнёт использовать в своих устройствах новую файловую систему Apple File System (APFS), которая придёт на смену системе HFS+, используемой на компьютерах Maс 1998 года, а та основана на HFS выпуска 1985 года.
APFS представляет собой совершенно новую файловую систему, разработанную для современного аппаратного обеспечения и облачных технологий. Она улучшает шифрование, безопасность и надёжность по сравнению со старыми системами Apple. Как обычно в таких случаях, будут проблемы с совместимостью, но у Apple есть время для их решения, прежде чем новая система станет доступной широкому кругу пользователей.
Первый взгляд на APFS
Пока APFS доступна в бета-версии macOS Sierra 10.12 (преемница OS X Capitan 10.11) для разработчиков.
В ней можно создать образ диска APFS, но с ним доступно не особо много действий – копирование файлов в него и из него, при этом нельзя использовать диск APFS как загрузочный. Всё это должно измениться в 2017 году с появлением новых моделей Mac, iPhone и iPad.
Улучшенная безопасность и постоянное клонирование
Большинство пользователей не заметят ничего радикально нового в устройствах с поддержкой APFS на жёстком диске, но внутри скрыто множество значительных отличий. APFS использует интегрированное шифрование вместо устанавливаемых сторонних техник в существующей функции OS X FileVault, которая медленно шифрует и дешифрует диск целиком.
APFS может шифровать целые диски и отдельные файлы с разными ключами для файла и метаданных, давая гибкий контроль, который может позволить пользователям модифицировать данные в файле без доступа к другим участкам диска.
APFS также позволяет мгновенное копировать папки и диски. Эта технология повысит скорость встроенной функции Sierra, которая автоматически выполняет резервное копирование файлов из папок Рабочий стол и Документы в облачное хранилище iCloud (функцию можно отключить) — об этой возможности мы уже рассказывали в статье «macOS Sierra: новые возможности преемницы OS X «. Функциональность работает уже и на существующих устройствах, но должна стать быстрее с APFS.
Наносекундная точность, улучшенное резервное копирование
Текущая файловая система Apple помечает файлы временными метками с точностью до одной секунды, чего недостаточно для фиксирования изменений в файлах при нынешних скоростях работы устройств. APFS помечает файлы временными метками с точностью до одной наносекунды, что в совокупности с технологией резервного копирования позволяет хранить разные версии файлов, занимая минимум пространства.
Можно ждать в macOS Sierra наличия новой версии функции Apple Time Machine, которая воспользуется преимуществами файловой системы для повышения производительности создания резервных копий. Microsoft создала похожую функциональность в файловой системе NTFS много лет назад, а пользователи Mac теперь смогут работать с похожей технологией «теневого копирования», как в Windows.
Улучшенное распределение пространства
Другие преимущества дисков APFS включают в себя гибкое распределение пространства, так что два «диска» APFS могут одалживать его друг у друга, не довольствуясь только местом, выданным им при создании.
APFS обладает поддержкой «разреженных файлов», которые не заполняют всё распределённое место на диске. Прежние версии OS X уже поддерживают разреженные файлы, но не самым удобным образом и только для разработчиков.
А благодаря быстрому встроенному управлению файлами, нам обещают более надёжную защиту против потери данных при падениях системы.
Оптимизация для флеш-памяти
Другие внутренние новшества включают в себя оптимизацию для работы с флеш-памятью, тогда как технологии в HFS+ созданы для вращающихся жёстких дисков. Те, кто когда-либо подолгу ждали, когда OS X скажет, сколько места занимает та или иная папка, будут рады узнать, что функция быстрого определения размера директорий APFS решит эту проблему.
Если вы собираетесь пользоваться своим компьютером Mac следующие 25 лет, лучше обновиться до APFS до 6 февраля 2040, так как HFS+ после этой даты не сможет создавать временные метки файлов.
Недостатки APFS
Главным является совместимость. Если у Mac есть созданный программой Apple Boot Camp раздел для Windows, то понадобистя драйвер Windows, который сможет прочитать диск APFS, как драйвер от Apple для Windows позволяет читать диски HFS+. Наверняка Apple предоставит такой драйвер до публичного релиза APFS.
Точно так же двойная загрузка с применением Sierra и старых версий OS X не даст доступа к разделу APFS с раздела со старыми версиями. Обычный сетевой доступ к и с диска APFS не будет проблемой, так как APFS поддерживает стандартный сетевой протокол SMB, используемый Windows и всеми остальными.
Вместо заключения
Только разработчикам нужно думать о том, что им предстоит изучать APFS. Остальным новая файловая система даст большую скорость работы системы, усиленную безопасность и надёжность. В июле выйдет публичная бета-версия macOS Sierra, тогда доступ к новой файловой системе смогут получить все желающие.
iOS 10.3 и macOS Sierra 10.12.4, в понедельник, работают на новой файловой системе Apple File System или APFS. На первый взгляд, в этом нет ничего особенного – главное, чтобы устройства после апдейта не превратились в «кирпичи». Но интересного в переходе на новую систему больше, чем кажется .
Что такое Apple File System
Apple File System – новая файловая система, к оторая будет использоваться на всех устройствах начиная с Apple Watch и заканчивая Mac . Она «заточена» под флеш-память и пришла на смену устаревшей HFS+. Главные нововведения APFS: улучшенные алгоритмы шифрования, оптимизация использования памяти, защита от сбоев, функции клонирования файлов и папок и умное использование пространства . На практике это обеспечит более стабильную работу ОС, увеличит скорость чтения/записи данных и еще больше защитит пользовательскую информацию.
Почему Apple переходит на APFS
30-летняя HFS+, на которой основаны файловые системы современных гаджетов Apple, создавалась для компьютеров с несколькими накопителями, которые обрабатывали большие объемы файлов. На мобильных устройствах вроде iPhone или Apple Watch приоритеты другие – пользователям нужно, чтобы быстро открывались приложения, а ОС вовремя реагировала на запросы. Для этого в APFS применяются такие функции как клонирование (мгновенное копирование файла или директории, при котором не требуется дополнительное место для хранения данных) и рязрежение (сжатие данных, при котором экономится дисковое пространство и увеличивается скорость записи). А за счет использования «снапшотов» (открытых только для чтения «слепков» файловой системы в томе) ускорится резервное копирование, а именно создание бэкапов с помощью Time Machine.
APFS спроектирована для дальнейшего расширения. В отличие от HFS+, где используется 32-битный каталог записи, в APFS используется 64-битный индексный дескриптор (это такая структура данных в файловых системах). Другими словами, APFS сможет хранить 9 квинтильонов (миллион триллионов!) файлов, что не так актуально для iOS-устройств, но с излишком хватит на ближайший десяток лет для macOS и внешних накопителей.
Какие преимущества для пользователей
Помимо более быстрой и стабильной работы операционной системы, пользователи получат доступ к надежным инструментам шифрования данных на диске. Благодаря APFS iPhone больше не будут превращаться в «кирпичи» после неудачных обновлений – Apple защитит данные на накопителе от повреждений, вызванных сбоями. Наконец, используя функцию Space Sharing, все тома диска смогут «делиться» свободным пространством.
Инженер UiPservice Владислав Юдченко дал комментарий редакции UiP:
«APFS даст возможность операционкам меньше крэшиться, она быстро копирует файлы и оптимизирует пространство. Пока что разница будет не так ощутима, но в новых апдейтах станет заметной. Вскоре и вовсе привыкнем, переход всех устройств на APFS даже не заметим»
Например, второй системой (через Bootcamp) у вас установлена Windows и вы выделили для нее 100 ГБ . С Apple File System больше не придется вручную перераспределять отведенный объем памяти. Если 100 ГБ окажется мало, система сама «заберет» нужное количество свободного дискового пространства. При этом функция клонирования файлов и папок позволит быстрее копировать и перемещать данные.
Ограничения Apple File System
Сейчас в APFS нельзя форматировать системные диски . Не поддерживают новую файловую систему гибридные Fusion Drive, функции FileVault и Time Machine.
Как начать использовать APFS
Если вы обновили iPhone или iPad до iOS 10.3 – устройство уже использует Apple File System. С Mac сложнее, здесь APFS – нечто вроде бета-версии. Отформатировать можно внешний диск, карту SD или флешку, да и то только с помощью Терминала. Словом, пока лучше не экспериментировать.
На прошедшей WWDC Apple представила новую файловую систему – Apple File System, или APFS. Хотя HFS+ используется на всех продуктах Apple (и будет использоваться еще как минимум год, релиз APFS запланирован на 2017), требованиям современных файловых систем HFS+ не отвечает. Ей уже больше 30 лет, она была создана для времен, когда дискеты и жесткие диски считались последним словом техники. Чтобы использовать HFS+ на iOS, tvOS и watchOS, Apple пришлось добавить совершенно сторонний, не поддерживаемый на macOS функционал: например, шифрование для каждого отдельного файла.
В новой APFS добавили столько функций, что глаза разбегаются: оптимизация для Flash и SSD, защита от потери данных при аварийном завершении работы за счет увеличения количества атомарных операций , встроенная поддержка нескольких типов шифрования, сильно уменьшенное время отклика, быстрая оценка размера файлов и папок – список можно продолжать и продолжать. В этой статье мы рассмотрим четыре, как нам кажется, самые интересные функции новой файловой системы.
Безопасное Copy-on-write
Для начала нам придется разобраться, с несколькими ключевыми терминами. Атомарные операции – это такие операции, которые выполняются в файловой системе или базе данных нераздельно, и упростить их невозможно. Атомарная операция не может остаться неоконченной, если будет прервана. Такая операция либо выполняется полностью, либо не выполняется совсем. POSIX-совместимое безопасное атомарное сохранение файла выполняется следующим образом – когда мы работаем с приложением и сохраняем файл, данные из памяти выгружаются во временный файл на диске. Когда приложение уверено, что данные были выгружены полностью и без ошибок, приложение запрашивает файловую систему о переименовании . Операция переименования – атомарная, она будет либо выполнена полностью, либо не выполнена совсем. При переименовании происходит следующее: файловая система перемещает временный файл на место сохранения (скажем, из /var/tmp/Batcave_shopping.pages в ~fedor/Documents/Batcave_shopping.pages), а затем удаляет старый файл.
Однако, что если мы сохраняем не файл, а папку или Bundle (например, .rtfd или.app, тоже, по сути своей, папки)? Предположим, мы работаем с документом ~fedor/Documents/AlfredHappyBirthday.rtfd. Это – Bundle, у нас в нем содержится текст и несколько изображений. Когда мы вносим изменения и сохраняем их, приложение перезаписывает Bundle целиком, а не только измененный текст или изображение. Требования POSIX не позволяют переименовать папку куда-то, где уже есть данные, поэтому приходится прибегать к ухищрениям. Документ перемещается из ~fedor/Documents/, освобождая пространство, затем временный файл из /var/tmp/AlfredHappyBirthday.rtfd переименовывается в пустое место. Такая операция – неатомарная и небезопасная. Если случится ошибка системы или компьютер лишится питания во время выполнения операции – документ будет утерян.
Очевидно, что такое решение нежелательно. Поэтому в APFS была введена новая, POSIX-несовместимая атомарная безопасная операция сохранения папок. Когда приложение запрашивает сохранение папки, временный и постоянный файлы меняются местами. Это выполняется силами файловой системы, и такая операция – атомарная.
Это и есть функция безопасного Copy-on-write – одного из важнейших нововведений в APFS.
Клонирование и snapshots
Если вам нужна копия какого-то файла или папки – вы щелкаете по ним правой кнопкой мыши и выбираете Duplicate. В HFS+ это означает, что файловая система считывает все данные, а потом записывает их в свободное пространство. Такой подход неэффективно расходует пространство и зря нагружает диск и процессор. В APFS, когда вы дублируете данные – через Duplicate или просто ⌘C, ⌘V – файловая система копирует только ссылку на них (так называемый hard link), а содержимое не дублируется. Такая операция называется клонированием . Благодаря клонированию дубликат данных или папки появляется практически моментально, и занимает пренебрежимо малое количество свободного пространства. Если вы внесете изменения в оригинал или клон, файловая система запишет изменения и перенаправит ссылку соответствующе, а оригинальная часть данных останется нетронутой. В APFS операция клонирования – атомарная.
Snapshots – это специфический снимок тома, который хранит информацию о данных на этом томе в определенный момент времени. Проще всего понять принцип его работы на примере. Предположим, что у нас есть том (скажем, флешка) с двумя презентациями. Мы создаем Snapshot этой флешки, в нем записано: два файла Joker.key и Riddler.key, файлам принадлежат следующие блоки данных. Сам Snapshot данных с флешки не содержит – только то, какие файлы находились на ней в момент создания снимка и какие им принадлежали блоки. Особенность Snapshot заключается в том, что блоки, записанные в него, оказываются закрыты. Их нельзя удалить, переместить или перезаписать. Поэтому, например, если мы внесем изменения в Joker.key, а Riddler.key вообще удалим – оригинальные блоки данных останутся нетронутыми. Хотя такой подход занимает дополнительное свободное пространство, он позволяет APFS практически моментально вернуть том во времени к моменту создания любого снимка.
Space sharing
Space sharing – еще одна очень интересная функция APFS. В очередной раз, проще всего ее понять на примере. Предположим, у вас есть ноутбук, в нем установлен SSD на 256 ГБ (очень может быть, что у вас действительно есть такой ноутбук) и вы хотите установить на него OS X El Capitan и бета-версию macOS Sierra. Увы, Apple пока не позволяет загружать операционную систему с тома APFS (или использовать его для Time Machine, если на то пошло), поэтому вам нужно создать два раздела HFS+. Вы запускаете Disk Utility и перед вами встает дилемма – какого объема сделать разделы? Можно просто разбить диск пополам, но что если вам не хватит места для комфортной работы в El Capitan? Или, наоборот, вы переборщите и нужные вам приложения в Sierra не смогут уместиться?
APFS решает эту проблему с помощью Space sharing. На диске с APFS-томами уровнем выше создается контейнер, содержащий все тома. Они могут свободно и динамически увеличиваться или уменьшаться в пределах такого контейнера, не требуя от пользователя выбирать, какого объема они должны быть. Вернемся к нашему гипотетическому ноутбуку. Если вместо HFS+ использовать APFS для обоих томов, обе операционные системы сообщали бы, что для каждой доступно 256 ГБ пространства. При этом пространство, занятое файлами одной системы, оказалось бы недоступно для другой. Такое решение сильно упрощает работу с несколькими томами и позволяет получить из их использования максимальную выгоду без больших трудностей.
Миграция с HFS+
Наконец, как же мы можем мигрировать на APFS? Процесс перехода на файловую систему обычно тяжелый, долгий и не всегда безопасный. Приходится делать резервную копию данных на внешний носитель, стирать жесткий диск компьютера, записывать новую файловую систему, устанавливать ОС, восстанавливать свои данные из копии и надеяться, что ничего не исчезло со своих мест.
К счастью, Apple об этом позаботилась. Инженеры компании провели большую работу над процессом миграции. Процесс практически полностью состоит из атомарных операций, но главное – данные о новой файловой системе записываются только в пустое пространство на томе HFS+. А значит, даже если что-то пойдет не так, это не повредит ни вашим данным, ни структуре вашей уже существующей файловой системы. И, по словам инженеров Apple, вся миграция занимает всего несколько минут.
Вот мы и подошли к концу. Мы успели поговорить только о четырех функциях, но в APFS их намного больше. Если вы хотите погрузиться в детали, официальная документация содержит все подробности. Новую файловую систему, как мы уже упоминали выше, нельзя использовать для загрузочного диска или Time Machine, и она не будет поддерживаться на OS X Yosemite и старше. Официальный релиз APFS назначен на 2017 год.
На вчерашней компания Apple показала новые версии операционных систем macOS (Sierra) 10.12, iOS 10, tvOS 10, watchOS 3, приложение для обучения детей программированию Swift Playgrounds и новые эмодзи.Казалось бы, ничего интересного. Однако, Apple всё-таки выкатила кое-что фундаментальное. Самая значительная разработка из всего упомянутого на презентации - это файловая система нового поколения Apple File System (APFS) в операционной системе macOS (Sierra) 10.12.
На сайте для разработчиков вскоре после презентации опубликована документация с основными характеристиками и описанием файловой системы, которая повторяет отдельные функции мощной свободной файловой системы ZFS.
Сейчас в компьютерах Apple используется файловая система HFS+, расширенная версия HFS (Hierarchical File System, иерархическая файловая система), созданной более 30 лет назад. Подобно своей предшественнице, HFS+ использует древовидную структуру, называемую B*-дерево, для хранения большей части метаданных. Отсюда и название «иерархическая файловая система».
Официальное представление HFS+ состоялось 19 января 1998 года, вместе с MacOS 8.1. С 2002 года в системе реализовано журналирование для повышения надёжности хранения информации. С версии OS X 10.3 журналирование включено по умолчанию, появилась возможность работать в режиме с учётом регистра имён.
Вплоть до версии OS X 10.7 разработчики продолжали дорабатывать HFS+ и реализовывать на уровне файловой системы новые функции для OS X. Но факт остаётся фактом: HFS изначально разрабатывалась во времена флоппи-дисков и крутящихся винчестеров, когда размеры файлов измерялись в килобайтах или мегабайтах. Сегодня многие работают с накопителями SSD, где хранятся миллионы файлов - гигабайты или терабайты данных. К файловой системе выдвигаются совершенно иные требования. Вместо доработки старого кода компания Apple решила наконец-то написать новую файловую систему с нуля.
Файловая система APFS нового поколения пока находится на стадии developer preview , то есть её не планируется выкатывать в массовое использование в ближайшее время. В данный момент нельзя использовать том APFS как загрузочный диск, его также нельзя применять в системе резервного копирования Time Machine, в Fusion Drive или с шифрованием File Vault. Но можно для обычного незагрузочного тома.
Предстоит ещё долгая доработка и тестирование, но уже потом APFS станет основной файловой системой Apple на десятилетия вперёд.
APFS, в отличие от HFS+, изначально различает регистр символов в названиях файлов и папок, и эту функцию нельзя отключить. Это следует иметь в виду всем, кто решит использовать APFS.
Основные характеристики
В официальной документации перечислены общие характеристики файловой системы APFS в сравнении с HFS+.Контейнеры и тома
Контейнер - это основной объект для хранения данных в APFS. Конейнеры обычно полностью совпадают с записями GUID Partition Table (GPT), у них собственная схема защиты от сбоев и распределения дискового пространства. Каждый контейнер содержит один или больше томов или файловых систем, в каждой из которых есть собственное пространство имён , то есть набор файлов и директорий.APFS напрямую не поддерживает программный RAID, но её можно использовать с томами Apple RAID для поддержки Striping (RAID 0), Mirroring (RAID 1) и Concatenation (JBOD).
64-битные индексные дескрипторы (inode)
64-битные иноды значительно увеличивает пространство имён, по сравнению с 32-битными индентификаторами в HFS+. В 64-битной файловой системе APFS поддерживается более 9 квинтиллионов файлов на каждом томе. Этого должно хватить каждому, как говорил Билл Гейтс.Наносекундные метки времени
В APFS значительно увеличена точность меток времени (таймстампов). APFS поддерживает установку меток времени с точностью до наносекунды. Для сравнения, в HFS+ метки времени выставлялись с точностью до секунды.Наносекундные таймстампы очень важны в современных файловых системах, потому что они помогают реализовать атомарности и атомарных транзакций - одного из основных требований ACID к транзакционной системе (например, к СУБД). Атомарность гарантирует, что никакая транзакция не будет зафиксирована в системе частично. Будут либо выполнены все её подоперации, либо не выполнено ни одной.
Защита от сбоев
В APFS реализована инновационная схема метаданных copy-on-write, которую Apple называет «защитой от сбоев» (“Crash Protection”). Она гарантирует, что изменения в файловой системе и записи в журнал остаются в синхронизированном виде, если что-то происходит во время записи - например, пропадает электропитание.Схема copy-on-write в ZFS
Разреженные файлы (sparse files)
Файл с атрибутом «разреженный» предполагает содержание блоков нулевых байт, не хранимых на накопителе, а подразумеваемых. В HFS+ не было поддержки разреженных файлов.Расширенные атрибуты
APFS имеет встроенную поддержку расширенных файловых атрибутов, которая в HFS+ реализовалась через файл Attributes, то есть через B-дерево.Шифрование
Apple заявляет, что шифрование является фундаментальным свойством, которое встроено в APFS на уровне файловой системы. Для каждого тома в контейнере APFS устанавливается одна из моделей шифрования: без шифрования, шифрование с одним ключом, шифрование с несколькими ключами. В последнем случае отдельные ключи применяются для шифрования файлов и метаданных. В зависимости от оборудования, APFS использует режим шифрования AES-XTS или AES-CBC.Клонирование файлов и директорий
Клонирование - практически мгновенное копирование файла или директории, при котором не требуется дополнительное место для хранения данных. При модификации клона файловая система записывает только изменение данных. Таким образом, новая файловая система может хранить много версий больших файлов, отнимая меньше дискового пространства.Снапшоты
Снапшоты - открытые только для чтения «слепки» файловой системы в томе. Операционная система может использовать снапшоты для более эффективной процедуры резервного копирования. То есть наконец-то Time Machine будет работать нормально (быстро).Конечно, по своим возможностям APFS значительно уступает 128-битной файловой системе ZFS , которую поддерживают Linux, FreeBSD и другие свободные ОС, но со стороны Apple это шаг в правильном направлении.
Странно, что в предварительной документации не упомянута функция компрессии, которую HFS+, кстати, поддерживает.
Apple долго пыталась перенести ZFS на систему OS X, по этому поводу велась активная дискуссия в списках рассылки ZFS, были опубликованы предварительные снапшоты для следующей версии OS X. Позже была сделана реализация OpenZFS для OS X (O3X) и MacZFX .
Файловая система ZFS распространяется с открытым исходным кодом, и Apple вполне могла позаимствовать некоторые идеи для файловой системы APFS. Реализация open source для APFS пока не готова, компания Apple планирует опубликовать задокументировать и опубликовать формат APFS в 2017 году.
На конференции WWDC сегодня вечером состоится первая формальная сессия, где разработчикам более подробно продемонстрируют новые возможности APFS.
