Domov › Internet › Čtyři nejzajímavější funkce nového Apple File System. Jak zobrazit systém souborů zařízení iOS v systému Windows

Čtyři nejzajímavější funkce nového Apple File System. Jak zobrazit systém souborů zařízení iOS v systému Windows

Od ledna letošního roku Apple testuje aktualizaci iOS 10.3, ve které společnost představuje nový souborový systém. Po Macu přijde nový způsob organizace ukládání dat na iPhone, iPad a Apple Watch. Jak z toho budou těžit uživatelé zařízení Apple, je dále v našem materiálu.

Co je Apple File System (APFS)?

Apple File System („Apple File System“) je vlastní vývoj společnosti, který byl oznámen loni v létě. Nahradil předchozí souborový systém HFS+, který Apple poprvé představil již v roce 1998. APFS byl oznámen v červnu 2016 na WWDC Worldwide Developers Conference. Technologie byla vyvinuta společností Apple od nuly a je zaměřena především na práci s flash disky a pokročilejší šifrování dat.

APFS podporuje téměř všechny funkce HFS+, ale lépe splňuje požadavky moderních produktů Apple. Na rozdíl od HFS+ je optimalizován pro flash a SSD disky, podporuje silnější šifrování, vytváří systémové snímky, metadata kopírování při zápisu a atomová primitiva.

Jaké jsou výhody APFS?

Nemusí to být něco, čeho si všichni uživatelé všimnou, ale APFS umožňuje zařízení běžet rychleji. Jednak nový souborový systém počítá jinak množství volného a využitého místa, takže po přechodu na APFS se ukáže, že na disku bude více místa. Toho si již všimli vývojáři, kteří na iPhone a iPad nainstalovali beta verzi iOS 10.3.

Za druhé, APFS přesouvá a kopíruje soubory rychleji, což znamená, že spuštění operačního systému a instalace aplikací zabere méně času. Výhody APFS oproti HFS+ jasně ukázal na WWDC 2016 inženýr společnosti Apple Eric Tamura, který zkopíroval iTunes na flash disk naformátovaný pro nový systém. Když APFS již dokončil svou práci, disk na HFS+ pokračoval v kopírování dalších 17 sekund.

APFS umožňuje kopírování při zápisu metadat, klonování souborů a složek, snímky systému souborů, vylepšenou odolnost proti selhání, sdílení prostoru, rychlejší katalogizaci a mnoho dalších funkcí, díky kterým bude váš iPhone a iPad fungovat rychleji a spolehlivěji.

Datum vydání APFS

Minulý čtvrtek byla vydána sedmá beta verze iOS 10.3, což znamená, že finální vydání je hned za rohem. Uživatelé se nemusí bát: nový OS automaticky převede aktuální souborový systém HFS+ na APFS.

APFS je navržen tak, aby fungoval s iOS, macOS, tvOS a watchOS, takže jej lze nainstalovat na všechny produkty Apple. Firma se do ní chystá převést svá zařízení. Změna systému souborů by neměla vést ke ztrátě uživatelských dat, říká společnost, ale doporučuje se zálohovat informace pro každý případ.

Apple na včerejší prezentaci WWDC 2016 ukázal nové verze operačních systémů macOS (Sierra) 10.12, iOS 10, tvOS 10, watchOS 3, aplikaci pro výuku dětí programovat Swift Playgrounds a nové emotikony.

Zdálo by se, že tam není nic zajímavého. Apple však přesto vyválel něco zásadního. Nejvýznamnějším vývojem ze všech zmíněných na prezentaci je Apple File System (APFS) nové generace v operačním systému macOS (Sierra) 10.12.

Na webu byla pro vývojáře krátce po prezentaci zveřejněna dokumentace s hlavní charakteristikou a popisem souborového systému, který opakuje jednotlivé funkce výkonného bezplatného souborového systému ZFS.

V současné době používají počítače Apple souborový systém HFS+, rozšířenou verzi HFS (Hierarchical File System, hierarchický souborový systém), vytvořenou před více než 30 lety. Stejně jako jeho předchůdce používá HFS+ k ukládání většiny metadat stromovou strukturu zvanou B* strom. Odtud název „hierarchický souborový systém“.

Oficiální představení HFS+ proběhlo 19. ledna 1998 spolu s MacOS 8.1. Od roku 2002 systém zavádí protokolování pro zvýšení spolehlivosti ukládání informací. Od verze OS X 10.3 je protokolování ve výchozím nastavení povoleno a nyní je možné pracovat v režimu rozlišování velkých a malých písmen.

Až do OS X 10.7 vývojáři pokračovali ve zdokonalování HFS+ a implementaci nových funkcí pro OS X na úrovni souborového systému. Faktem však zůstává: HFS byl původně vyvinut v dobách disket a rotujících pevných disků, kdy se velikosti souborů měřily v roce. kilobajty nebo megabajty. Mnoho lidí dnes pracuje s SSD disky, kde jsou uloženy miliony souborů – gigabajty nebo terabajty dat. Na souborový systém jsou kladeny zcela jiné požadavky. Místo přepracování starého kódu se Apple rozhodl konečně napsat nový souborový systém od nuly.

Souborový systém APFS nové generace je stále ve fázi vývojářský náhled, to znamená, že se v blízké budoucnosti neplánuje jeho masové nasazení. Svazek APFS nelze aktuálně použít jako spouštěcí jednotku ani jej nelze použít se zálohováním Time Machine, Fusion Drive nebo šifrováním File Vault. Ale je to možné pro běžný nespouštěcí svazek.

Před námi je ještě spousta vývoje a testování, ale teprve potom se APFS stane hlavním souborovým systémem Applu na desítky let dopředu.

APFS, na rozdíl od HFS+, přirozeně rozlišuje velká a malá písmena v názvech souborů a složek a tuto funkci nelze zakázat. To by měl mít na paměti každý, kdo se rozhodne používat APFS.

Hlavní charakteristiky

Oficiální dokumentace uvádí obecné charakteristiky souborového systému APFS ve srovnání s HFS+.

Kontejnery a objemy

Kontejner je hlavním objektem pro ukládání dat v APFS. Kontejnery jsou obvykle přesně stejné jako položky GUID Partition Table (GPT) a mají své vlastní schéma ochrany proti selhání a přidělování místa na disku. Každý kontejner obsahuje jeden nebo více svazky nebo souborové systémy, z nichž každý má svůj vlastní jmenný prostor, tedy sadu souborů a adresářů.

APFS přímo nepodporuje softwarový RAID, ale lze jej použít se svazky Apple RAID pro podporu prokládání (RAID 0), zrcadlení (RAID 1) a zřetězení (JBOD).

64bitové inody

64bitové inody výrazně zvětšují jmenný prostor ve srovnání s 32bitovými inody v HFS+. 64bitový souborový systém APFS podporuje více než 9 kvintilionů souborů na každém svazku. To by mělo stačit všem, jak řekl Bill Gates.

Nanosekundová časová razítka

APFS výrazně zvýšil přesnost časových razítek. APFS podporuje časové razítko s přesností na nanosekundy. Pro srovnání, v HFS+ byly časové značky nastaveny s přesností až na sekundu.

Nanosekundová časová razítka jsou velmi důležitá v moderních souborových systémech, protože pomáhají implementovat atomicitu a atomické transakce – jeden z hlavních ACID požadavků na transakční systém (například DBMS). Atomicita zajišťuje, že žádná transakce není částečně zavázána systému. Buď budou provedeny všechny jeho dílčí operace, nebo nebude provedena žádná.

Ochrana proti selhání

APFS implementuje inovativní schéma metadat kopírování při zápisu, které Apple nazývá „Crash Protection“. Zajišťuje, že změny systému souborů a zápisy do protokolu zůstanou synchronizované, pokud se během zápisu něco stane, jako je výpadek napájení.

Schéma kopírování při zápisu v ZFS

Řídké soubory

Soubor s atributem „sparse“ předpokládá, že obsahuje bloky nula bajtů, které nejsou uloženy na jednotce, ale jsou implikované. HFS+ neměl podporu pro řídké soubory.

Rozšířené atributy

APFS má vestavěnou podporu pro rozšířené atributy souborů, která byla v HFS+ implementována prostřednictvím souboru Attributes, tedy prostřednictvím B-stromu.

Šifrování

Apple říká, že šifrování je základní vlastností, která je zabudována do APFS na úrovni souborového systému. Pro každý svazek v kontejneru APFS je nastaven jeden z modelů šifrování: žádné šifrování, šifrování s jedním klíčem nebo šifrování s více klíči. V druhém případě se k šifrování souborů a metadat používají samostatné klíče. V závislosti na hardwaru používá APFS režim šifrování AES-XTS nebo AES-CBC.

Klonování souborů a adresářů

Klonování je téměř okamžité zkopírování souboru nebo adresáře, které nevyžaduje další úložný prostor pro data. Když je klon upraven, systém souborů zaznamená pouze změnu dat. Tímto způsobem může nový systém souborů ukládat mnoho verzí velkých souborů a přitom zabírat méně místa na disku.

Snímky

Snímky jsou snímky systému souborů na svazku pouze pro čtení. Operační systém může používat snímky pro efektivnější postup zálohování. To znamená, že Time Machine bude konečně fungovat normálně (rychle).

APFS je samozřejmě ve svých schopnostech výrazně horší než 128bitový souborový systém ZFS, který je podporován Linuxem, FreeBSD a dalšími svobodnými operačními systémy, ale ze strany Applu je to krok správným směrem.

Je zvláštní, že se v předběžné dokumentaci nezmiňuje funkce komprese, kterou HFS+ mimochodem podporuje.

Apple se již delší dobu snaží portovat ZFS na systém OS X, na mailing listech ZFS se o tom vedla aktivní diskuse, byly zveřejněny předběžné snímky pro další verzi OS X. Později byla provedena implementace OpenZFS pro OS X (O3X) a MacZFX.

Souborový systém ZFS je open source a Apple si možná vypůjčil některé nápady ze souborového systému APFS. Implementace open source pro APFS ještě není připravena na zdokumentování a zveřejnění formátu APFS v roce 2017.

První formální zasedání se uskuteční na WWDC dnes večer, kde budou vývojářům podrobněji předvedeny nové schopnosti APFS.

V roce 2014 začal Apple vyvíjet nový souborový systém Apple File System (APFS), který byl o tři roky později oznámen na WWDC 16 a bude používán v počítačích Mac, iPhonech, iPadech, Apple TV a dalších produktech. První zařízení s APFS byly počítače se systémem macOS Sierra – vývojáři mohli využít vývojářský náhled nového souborového systému na nespouštěcích discích. A počínaje iOS 10.3 budou mobilní zařízení Apple – iPhone a iPad – používat APFS. První z nich vývojáři již obdrželi a přesné datum finálního vydání aktualizace operačního systému zatím není, ale dá se předpokládat, že se tak stane v následujících měsících. Co je ale Apple File System a jak důležitý je přechod na nový souborový systém pro společnost a uživatele zařízení?

Samotný standard souborového systému je poměrně odolný a jen zřídka prochází radikálními změnami. Apple používá ve svých počítačích hierarchický souborový systém HFS od roku 1985 a teprve v roce 1998 implementoval přechod na aktualizovanou verzi HFS+, která se používala do roku 2016 a nyní postupně ustoupí APFS. Nabízí se přirozená otázka: pokud již vše funguje perfektně, je skutečně nutné přejít na nový souborový systém nebo půjde o změnu kvůli změně samotné? Vlastně opravdu nutné. Na rozdíl od vývojářů zůstalo oznámení APFS pro běžného uživatele prakticky nepovšimnuto, ale nový souborový systém lze označit za přelomovou a dokonce revoluční změnu.

Problém s HFS a HFS+ je v tom, že tyto souborové systémy byly vyvinuty v době, kdy flash paměti byly pro masový trh příliš drahé. V dnešní době jsou SSD disky velmi oblíbené a cenově dostupné, ale jejich podpora v HFS+ je implementována prostřednictvím přídavného modulu původně vytvořeného pro přehrávače iPod. Ve skutečnosti HFS+ během svého vývoje získal příliš mnoho dalšího kódu a „berliček“, takže místo jeho modernizace bylo mnohem jednodušším a logickým krokem vytvořit nový souborový systém – takový, který by zpočátku odpovídal vlastnostem současných zařízení a by měl do budoucna velkou rezervu bezpečnosti a vyřešil mnoho problémů svého předchůdce.

Šifrování

Apple považuje ochranu uživatelských dat za jednu ze svých priorit, proto je šifrování základní funkcí nového systému souborů. Pro každý svazek v kontejneru APFS je nainstalován jeden z modelů šifrování: žádné šifrování, šifrování uživatelských dat jedním klíčem, šifrování metadat a uživatelských dat více klíči. V závislosti na hardwaru používá APFS režim šifrování AES-XTS nebo AES-CBC.

Klonování souborů a adresářů

APFS změnil způsob, jakým pracuje s duplicitními soubory. Pokud v HFS+ dva stejné dokumenty zabírají dvojnásobek místa na disku, pak v novém systému souborů zabere místo na jednotce pouze jeden ze dvou souborů. A i když je klon upraven, APFS nebude duplikovat soubory a zaznamená pouze změny dat.

Řídké soubory a rozšířené atributy

Soubor s atributem "sparse" předpokládá, že obsah bloků nula bajtů není uložen na jednotce, ale jako informace o těchto sekvencích v metadatech souborového systému. Na rozdíl od APFS HFS+ nepodporoval řídké soubory. Pro uživatele to znamená větší úsporu místa na disku, zvýšení výkonu díky absenci času stráveného zápisem nula bajtů a zvýšení životnosti mechanik. Navíc má APFS vestavěnou podporu pro rozšířené atributy souborů, která byla implementována v HFS+ prostřednictvím dalšího souboru Attributes.

Ochrana proti selhání

APFS obsahuje inovativní schéma metadat kopírování při zápisu, které zajišťuje, že změny v systému souborů a jejich odpovídající položky protokolu zůstanou synchronizované i v případě neočekávané události, jako je výpadek proudu. APFS navíc v podstatě zapisuje data v jiném typu vzoru, který flash disky lépe rozpoznávají, a podporuje příkaz TRIM, který zajišťuje, že operační systém správně zachází se smazanými soubory a volným místem na disku.

Nanosekundová časová razítka

APFS výrazně zlepšila přesnost časových razítek. Na rozdíl od HFS+, kde byl čas nastaven na nejbližší sekundu, nový systém souborů umísťuje štítky označující nanosekundy. To pomáhá realizovat tzv. atomicitu a atomické operace. To zajišťuje, že žádná operace nebude částečně potvrzena systému: buď budou provedeny všechny jeho dílčí operace, nebo nebude provedena žádná.

64bitové inody

64bitové inody výrazně zvětšují jmenný prostor ve srovnání s 32bitovými identifikátory v HFS+. APFS podporuje více než 9 kvintilionů souborů na každém svazku.

Snímky a zálohy

Snímky jsou snímky systému souborů na svazku určené pouze pro čtení. Operační systém je může použít pro efektivnější postup zálohování, protože APFS přidává do obrazu pouze změněné soubory nebo části souborů, aniž by duplikoval stejná data v různých zálohách. V současné době však macOS Sierra, aplikace třetích stran a dokonce ani Time Machine nový mechanismus zálohování nepodporují. Jeho oznámení je především základem pro budoucnost.

Práce s diskovými oddíly

Zajímavá funkce APFS se týká provozu disků rozdělených do dvou a více oddílů. Při použití HFS+ mohl uživatel pracovat pouze s množstvím paměti určené pro konkrétní oddíl, zatímco APFS umožňuje zapisovat data nad limit na úkor jiného oddílu. Nový souborový systém nerozděluje celkový objem disku na nezávislé části, ale nastavuje podmíněné hranice, které lze v případě potřeby mírně změnit pro plnění uživatelských úkolů.

Nejlepší zprávy jsou často v zákulisí prezentací Applu. Důvodem je, že některé z nich jsou vhodné především pro vývojáře, zatímco jiné prostě nemají dostatek času - není divu, s tak rozsáhlými oznámeními iOS 10! Vznik nového souborového systému od Applu tzv APFS (systém souborů Apple) prošel bez hluku a prachu, ale únik unikl na internet a už vám nic nebrání si jej pečlivě prostudovat.

APFS je souborový systém nové generace, který lze spustit na všem od Apple Watch po Mac Pro. Apple File System je optimalizován pro SSD/Flash disky, to znamená, že již není kladen důraz na pevné disky, ale nejvyšší prioritu má šifrování. Dnes je hojně využíván starší cupertinský vývoj HFS+, se kterým se vyplatí APFS porovnat. Nejprve si ale kupodivu popišme seznam omezení APFS:

Oddíly naformátované APFS nelze použít jako spouštěcí jednotky.
APFS je citlivý na velká a malá písmena v názvech souborů.
Zálohy Time Machine nejsou na APFS podporovány.
Oddíly naformátované v APFS nejsou vhodné pro šifrování přes FileVault.
Design Fusion Drive letí kolem APFS.

APFS navíc momentálně není open source projekt a sám Apple s ním pravděpodobně podobné plány mít nebude. Cupertinský tým navíc svůj souborový systém nové generace veřejně oznámí až příští rok.

Po popisu nedostatků, které mohou běžného uživatele vyděsit, stojí za to identifikovat výhody APFS:

Samozřejmostí je plodná práce s disky SSD.
Použití tzv kontejnery jako úložné buňky, které jsou více chráněny před poruchami. Kromě toho může každý kontejner exportovat jeden nebo více oddílů nebo souborových systémů s vlastními názvy, soubory a adresáři. Vezměte prosím na vědomí, že původně nebyla uvedena žádná přímá podpora RAID, nicméně APFS lze zkombinovat s oddílem Apple RAID, aby umožnila práci RAID 0, RAID 1 a JBOD. Zásuvná pole RAID se také budou moci spřátelit s APFS.
APFS podporuje 64bitové inody, zatímco souborové inody HFS+ jsou zaměřeny na 32bitové. APFS je schopen uložit kvintilion souborů na jeden oddíl. Věřte mi, je toho hodně :)
Časové intervaly v APFS jsou rozděleny na nanosekundy, spíše než na sekundy, jako v HFS+.
APFS podporuje struktury řídkých souborů, které šetří místo na disku.
Blokový alokátor je navržen inteligentněji: v APFS určuje velikost úložného objemu, zatímco v HFS+ je vždy vázán na pevný rám.
APFS má silnou ochranu proti ztrátě dat v důsledku selhání.
APFS podporuje rozšířené atributy souborů.
TRIM v souborovém systému APFS pracuje asynchronně při odebírání a přidělování volného místa, díky čemuž se metadata mění pouze jednou a zajišťuje vysokou stabilitu systému
Šifrování je poslední a klíčovou součástí systému souborů Apple. Souborový systém využívá plné šifrování AES-XTS nebo AES-CBC (v závislosti na hardwaru), kombinuje principy stanovené od OS X 10.7 Lion a iOS 4 a pracuje s více klíči.

Tento zpravodajský článek by měl být shrnut informacemi o kompatibilita, jelikož s APFS umí pracovat pouze OS X Yosemite, El Capitan a Sierra - starší verze to prostě nerozpoznají. Oddíly naformátované v APFS lze otevřít přes SMB, ale protokol AFP nebude přístupný. A konečně, vývojáři třetích stran budou muset provést velké aktualizace svých produktů, aby podporovaly souborový systém nové generace společnosti Apple.

Apple včera ukázal nové verze operačních systémů macOS (Sierra) 10.12, iOS 10, tvOS 10, watchOS 3, aplikaci pro výuku dětí programování Swift Playgrounds a nové emotikony.

Před námi je ještě spousta vývoje a testování, ale teprve potom se APFS stane hlavním souborovým systémem Applu na desítky let dopředu.

Hlavní charakteristiky

Oficiální dokumentace uvádí obecné charakteristiky souborového systému APFS ve srovnání s HFS+.

Kontejnery a objemy

APFS přímo nepodporuje softwarový RAID, ale lze jej použít se svazky Apple RAID pro podporu prokládání (RAID 0), zrcadlení (RAID 1) a zřetězení (JBOD).

64bitové inody

Nanosekundová časová razítka

Ochrana proti selhání

Schéma kopírování při zápisu v ZFS

Řídké soubory

Soubor s atributem „sparse“ předpokládá, že obsahuje bloky nula bajtů, které nejsou uloženy na jednotce, ale jsou implikované. HFS+ neměl podporu pro řídké soubory.

Rozšířené atributy

APFS má vestavěnou podporu pro rozšířené atributy souborů, která byla v HFS+ implementována prostřednictvím souboru Attributes, tedy prostřednictvím B-stromu.