Как просматривать файловую систему устройства с iOS в Windows. Файловая система Apple File System (APFS)

Самые вкусные новости часто остаются за кулисами презентаций Apple. Причина в том, что некоторые из них подходят преимущественно для разработчиков, а на другие банально не хватает времени — немудрено, при таких-то масштабных анонсах iOS 10! Появление новой файловой системы от Apple под названием APFS (The Apple File System) прошло без шума и пыли, однако утечка просочилась Интернет, и теперь ничего не мешает внимательно изучить её.

APFS представляет собой файловую систему нового поколения, которая может работать на всех устройствах, начиная с Apple Watch и заканчивая Mac Pro. The Apple File System оптимизирована под SSD/Flash-накопители, то есть ставка делается уже не на жёсткие диски, а максимальный приоритет присваивается шифрованию. На сегодняшний день широкое распространение получила более старая купертиновская разработка – HFS+, с которой стоит сравнить APFS. Но сначала, как ни странно, опишем список ограничений APFS:

• Отформатированные в APFS разделы не могут быть использованы в качестве загрузочных дисков.
• APFS чувствительна к большим и маленьким буквам в названиях файлов.
• Резервные копии Time Machine не поддерживаются в APFS.
• Отформатированные в APFS разделы не подходят для шифрования через FileVault.
• Конструкция Fusion Drive пролетает мимо APFS.

Кроме того, сейчас APFS не является проектом с открытым кодом, да и сама Apple вряд ли имеет на неё подобные планы. Тем более, что купертиновцы только в следующем году собираются публично заявить о своей файловой системе нового поколения.

Расписав недостатки, способные отпугнуть рядового пользователя, стоит обозначить и достоинства APFS :

• Конечно же, плодотворная работа с твердотельными накопителями.
• Использование так называемых контейнеров в качестве ячеек хранения, которые сильнее защищены от сбоев. Кроме того, каждый контейнер может экспортировать один или несколько разделов, или файловых систем, имеющих собственные имена, файлы и директории. Заметьте , что изначально не заявлена прямая поддержка RAID, однако APFS может быть объединена с разделом Apple RAID, чтобы работали RAID 0, RAID 1 и JBOD. Подключаемые RAID-массивы также смогут подружиться с APFS.
• APFS поддерживает 64-битные индексные дескрипторные числа, в то время как файловые идентификаторы HFS+ сосредоточены на 32-х битах. APFS в состоянии уместить квинтиллион файлов в одном разделе. Поверьте, это много:)
• Временные интервалы в APFS делятся по наносекундам, а не секундам, как в HFS+.
• APFS поддерживает разреженные файлы, структура которые позволяет экономить пространство на диске.
• Распределитель блоков устроен более умным образом: в APFS он определяет размер объём хранилища, в то время как в HFS+ всегда привязан к жёстким рамкам.
• APFS обладает серьёзной защитой от потери данных вследствие сбоя.
• APFS поддерживает расширенные атрибуты файлов.
• TRIM в файловой системе APFS работает несинхронно при удалении и распределении свободного пространства, из-за чего метаданные изменяются единожды и обеспечивается высокая стабильность системы
• Шифрование — заключительная и ключевая составляющая The Apple File System. Файловая система использует полноценное шифрование AES-XTS или AES-CBC (в зависимости от «железа»), объединяет принципы, заложенные со времён OS X 10.7 Lion и iOS 4, и работает с множеством ключей.

Подытожить данную новость-статью следует информацией о совместимости , так как с APFS смогут работать только OS X Yosemite, El Capitan и Sierra — более старые версии банально её не распознают. Отформатированные в APFS разделы могут быть раскрыты через SMB, но протокол AFP окажется недоступным. И, наконец, сторонним разработчикам придётся провести масштабное обновление своих продуктов ради поддержки файлового системы нового поколения от Apple.

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.

На вчерашней презентации WWDC 2016 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.

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.

С января этого года Apple тестирует обновление iOS 10.3, в котором компания внедряет новую файловую систему. Новый способ организации хранения данных вслед за Mac придет на iPhone, iPad и Apple Watch. Как от этого выиграют пользователи «яблочных» устройств, далее в нашем материале.

Что такое Apple File System (APFS)?

Apple File System («Файловая система Apple») - это собственная разработка компании, которая была анонсирована летом прошлого года. Она заменила предыдущую файловую систему HFS+, которую Apple впервые представила еще в 1998 г. Анонс APFS состоялся в июне 2016 года на Всемирной конференции разработчиков WWDC. Технология была разработана Apple с нуля и ориентирована в первую очередь на работу с флеш-накопителями и более совершенное шифрование данных.

В APFS реализована поддержка практически всех возможностей HFS+, однако она больше отвечает требованиям современных «яблочных» продуктов. В отличие от HFS+, она оптимизирована для флеш- и SSD-накопителей, поддерживает усиленное шифрование, создание «снимков» системы, копирование при записи метаданных, атомарные примитивы.

В чем преимущества APFS?

Возможно, не все пользователи обратят на это внимание, но APFS позволяет устройствам работать быстрее. Во-первых, новая файловая система иначе подсчитывает объемы свободного и занятого пространства, поэтому после перехода на APFS окажется, что места на накопителе будет больше. Это уже заметили разработчики, установившие на iPhone и iPad бета-версию iOS 10.3.

Во-вторых, APFS быстрее перемещает и копирует файлы, а значит, на загрузку ОС и установку приложений будет уходить меньше времени. Преимущества APFS над HFS+ наглядно продемонстрировал на WWDC 2016 инженер Apple Эрик Тамура, скопировав iTunes на флеш-накопитель, отформатированный под новую систему. Когда APFS уже завершила работу, диск на HFS+ продолжал копировать еще 17 секунд.

APFS позволяет осуществлять копирование во время записи метаданных, клонировать файлы и папки, делать моментальные снимки файловой системы, имеет повышенную устойчивость к сбоям, поддерживает совместное использование пространства, ускоренную каталогизацию и многие другие функции, которые позволят iPhone и iPad работать быстрее и надежнее.

Дата релиза APFS

В прошлый четверг вышла уже седьмая бета-версии iOS 10.3, а значит, финальный релиз не за горами. Пользователям волноваться не о чем: новая ОС автоматически сконвертирует текущую файловую систему HFS+ в APFS.

APFS рассчитана на работу с iOS, macOS, tvOS и watchOS, поэтому может быть установлена на все продукты Apple. Компания собирается перевести на нее свои устройства. Изменение файловой системы не должно приводить к утрате данных пользователя, заявляют в компании, однако рекомендуется на всякий случай прибегнуть к резервному копированию информации.