APFS – новая файловая система от Apple. Как просматривать файловую систему устройства с iOS в Windows

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.

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.

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.

Обозначает новую файловую систему Apple и со временем она будет использоваться на всех основных платформах компании. Но почему Apple использует её? Что в ней такого особенного? Данная статья посвящена именно этой теме.

Apple File System

Аббревиатура APFS расшифровывается как файловая система Apple (Apple File System). Она заменяет файловую систему и со временем эта файловая система станет неотъемлемой частью iOS, tvOS, и watchOS – то есть будет использоваться во всей линейке устройств: от компьютеров , iPhone, iPad, Apple TV и до устройства Apple Watch.

В настоящее время iOS 10.3 является единственной доступной для всех платформой, в которой используется файловая система APFS.

APFS может быть интегрирована на всех платформах Apple .

Файловая система HFS+ появилась в 1998 году и теперь ей уже почти 20 лет. Она стала реликтом давно прошедшей эпохи. Она создавалась в эпоху компьютеров Maк и дорабатывалась для использования в устройствах iPhone, Apple Watch и Apple TV.

Но многое поменялось за последние 20 лет. Мы перешли с жёстких дисков на твердотельные накопители SSD, ПО более не распространяется на дисках CD, а просто скачивается. Резервные копии наших устройств теперь хранятся в облачных сервисах.

Оптимизирована для работы с флеш накопителями

В наши дни почти каждое новое устройство, которое продаёт Apple, работает на флеш накопителе, включая большинство компьютеров Mac. А APFS разрабатывалась для работы с устройствами хранения на основе флеш-памяти. Поэтому мы увидим улучшение таких параметров как скорость чтения и записи, и повышение общей надёжности, когда речь заходит о хранении и передаче информации.

Главная особенность : «Снимки» системы и клонирование

Двумя главными особенностями APFS является возможность делать «снимки» системы и возможность клонирования данных.

Снимок представляет собой единовременное состояние файловой системы, доступной только для прочтения.

Используя клоны, APFS сможет создавать быстрые копии одного и того же раздела без использования дополнительного дискового пространства.

Минимальное время ожидания

APFS имеет минимальное время ожидания. А это означает, что такие операции как запуск приложений и загрузка данных будет происходит заметно быстрее. Что в свою очередь, приведёт к сокращению времени ожидания – будем меньше видеть крутящееся колёсико ожидания в iOS и иконку пляжного мячика в Mac OS.

Свободные перетекающие дисковые разделы

Если вы пользуетесь дисковыми разделами на своём Мак компьютере, то APFS может немного облегчить вашу жизнь. Если закончится свободное дисковое пространство на одном разделе, то APFS может автоматически использовать свободное пространство другого раздела, потому что APFS создаёт специальные контейнеры вокруг каждого раздела диска.

Шифрование – наше всё

APFS прежде всего создавалось для усиленного шифрования. Она поддерживает режим работы как с единичным ключом, так и с многочисленными ключами шифрования.

Наработки для будущего

HFS+ поддерживает 32-битный файл метаданных. APFS поддерживает работу с 64-битными номерами индексных дескрипторов. APFS разрабатывался для работы в будущем и со временем будет работать ещё лучше при выпуске соответствующих обновлений.

Прошивка iOS 10.3 возвращает вам дисковое пространство

Переход на использование APFS имеет одно явное преимущество. Вы получаете в своё распоряжение пространство на диске –количество сэкономленного пространство будет зависеть от степени заполнения вашего диска. Некоторым удавалось вернуть парочку гигабайтов, после обновления.

APFS для Mac OS пока существует в виде бета-версии

iOS уже использует новую файловую систему, а для Мак ОС новая файловая система пока существует лишь в виде очень ранней бета-версии. И компании Apple придётся приложить не мало усилий, чтобы перевести Мак компьютеры на использование APFS. Доступ к файловой системе в iOS для посторонних закрыт, а в Мак ОС используется открытая, редактируемая файловая система. Другими словами, APFS на практике может столкнуться с разными крайними случаями, о которых пока специалисты Apple даже не подозревают. Надеемся, что все эти проблемы будут разрешены в течении периода бета-тестирования. Вы можете попробовать бета-версию в действии. Правда она не совсем готова для повседневного использования. APFS не поддерживает работу с загрузочными дисками, с приложением Time Machine, шифрование FileVault и режим Fusion дисков.

Да, нужно обновляться до iOS 10.3

В настоящее время, iOS 10.3 является единственным способом попробовать APFS в действии. И несмотря на то, что это полностью новая файловая система, тем не менее, на неё стоит перейти. Данное обновление тестировалось в течении нескольких недель большим количеством бета-тестеров и всё говорит в пользу перехода на обновлённую версию. Сам переход происходит достаточно гладко, быстро и без потерь данных. Тем не менее, перед обновлением, мы рекомендуем на всякий случай провести резервное копирование своих данных с помощью соответствующих сервисов приложения iTunes или облачного хранилища iCloud (что рекомендовано в любом случае).

А как вам APFS ?

При работе с джейлбрейкнутым iOS-устройством могут возникнуть проблемы, решить которые можно только при помощи модификации файлов. А для этого необходимо знать базовую структуру файловой системы, понимать, где что лежит и какие файлы за что отвечают, куда устанавливаются программы и твики и как они взаимодействуют между собой. Обо всем этом мы и поговорим.

Основные каталоги и файлы

iOS - UNIX-подобная операционная система и использует очень похожую на UNIX и OS X структуру файловой системы. «Папка» здесь именуется «каталогом», а файловая система «растет» от корня /. Знаком ~ обозначается домашний каталог пользователя. В обычном режиме это каталог /var/mobile/ , в режиме корневого пользователя - /var/root . Часть каталогов стандартны для UNIX-систем. Это /boot - здесь в UNIX располагается ядро системы и RAM-диск (в iOS ядро лежит в каталоге /System/Library/Caches/com.apple.kernelcaches/kernelcache), /etc - настройки низкоуровневых сервисов, /tmp - временные файлы, /bin - команды для запуска с помощью терминала, /mnt - точка монтирования внешних файловых систем (сюда подключаются флешки и прочее).

Наиболее же интересны для нас каталоги /System , /Library и /var . Именно здесь хранятся сама операционная система (первый каталог), системные данные (второй), настройки приложений и их данные (третий).

Стандартные (предустановленные) приложения лежат в каталоге /Applications . Здесь же располагаются исполняемые файлы Cydia, Zeusmos и некоторых других программ.app, для установки которых необходим джейлбрейк. Файлов здесь намного больше, чем иконок на рабочем столе iOS, так как тут расположены и некоторые внутренние службы, выделенные в качестве отдельных приложений (встроенная в iOS служба Facebook, Print Center и некоторые другие). На невзломанном устройстве этот каталог обновляется только при обновлении всей прошивки, однако некоторые приложения из Cydia устанавливаются именно в него, как и сам магазин Cydia.

Скачанные из App Store приложения хранятся в /var/mobile/Containers/Bundle/Application , каждое в своем собственном подкаталоге. Имена этих подкаталогов закодированы, и для того, чтобы понять, что это за приложение, необходимо зайти в каталог и перейти в следующий. Приложения, установленные не из App Store, также обычно находятся здесь. За каждым приложением закрепляется подкаталог в каталоге /var/mobile/Containers/Data/Application , внутри которого приложение хранит свои настройки и данные, созданные во время работы. Подробнее его структуру мы рассмотрим позже.

Системные обновления загружаются в каталог /var/mobile/MobileSoftwareUpdate . Их можно удалить через стандартное приложение «Настройки». Все обои хранятся в /Library/Wallpaper , а системные звуки - в /System/Library/Audio/UISounds , музыка и видео с компьютера - в /var/mobile/Media/iTunes_Control/Music .

Отдельно стоит упомянуть каталог /var/mobile/Library/caches/com.saurik.Cydia . Именно здесь хранятся deb-пакеты твиков до перезапуска Springboard. Если появится необходимость скачать твик на компьютер, его можно взять отсюда. Также при установке твики часто создают дополнительные каталоги, где хранят собственные данные. Обычно о таких каталогах сказано в документации твиков.

Программы для работы с ФС устройства напрямую

Существует несколько программ для работы с ФС устройства после джейлбрейка.

• iTools - программа для Mac и Windows, позволяет добавлять и удалять файлы в ФС. На этом ее функции заканчиваются. Преимуществом для многих может стать панель закладок слева от окна просмотра ФС, где можно найти программы, твики, рингтоны или обои устройства.
• iFunBox - имеет значительно больше возможностей. С ее помощью можно создавать каталоги, удалять, переименовывать файлы или экспортировать их на ПК. Вызывает удивление лишь отсутствие поиска по ФС.
• Filza File Manager - позволяет прямо на устройстве просматривать метаданные файлов, переименовывать, перемещать, удалять их, открывать многие типы файлов. Есть встроенный поиск по папкам и одновременная работа с несколькими файлами.
• iFile - во многом превосходит Filza File Manager. Некоторые возможности открываются только после оплаты полной версии программы, однако интерфейс в утилите более удобный и понятный.

Разумеется, работать с файловой системой можно и при помощи терминала. Здесь есть полная поддержка UNIX-команд, так что управление ФС будет очень быстрым и удобным.

Каталоги приложений и песочницы

Продолжение доступно только подписчикам

Вариант 1. Оформи подписку на «Хакер», чтобы читать все материалы на сайте

Подписка позволит тебе в течение указанного срока читать ВСЕ платные материалы сайта. Мы принимаем оплату банковскими картами, электронными деньгами и переводами со счетов мобильных операторов.