Apple为iOS和macOS提供全新文件系统APFS

开发 macOS iOS 操作系统 Apple

摘要：

Apple在WWDC 2016大会上还发布了一个名为APFS的全新文件系统，一经发布就引起了大量开发者的关注。APFS为macOS、iOS、tvOS，以及watchOS提供了更强大的加密、写入时复制（Copy-on-write）元数据、空间分享、文件和目录克隆、快照等功能。

正文：

Apple在WWDC 2016大会上还发布了一个名为APFS的全新文件系统，一经发布就引起了大量开发者的关注。根据Apple提供的初版开发者文档介绍，APFS：

针对闪存/SSD存储进行优化，提供了更强大的加密、写入时复制（Copy-on-write）元数据、空间分享、文件和目录克隆、快照、目录大小快速调整、原子级安全存储基元（Atomic safe-save primitives），以及改进的文件系统底层技术。

与HFS+的简单对比

根据Apple的介绍，APFS支持HFS+的全部功能，并在下列几方面有所改进：

• 与使用32位文件ID的HFS+不同，APFS可支持64位索引节点（Inode）编号，借此一个卷最多可存储超过900亿亿个文件。
• HFS+只能同时对整个存储设备的文件系统进行初始化，APFS提供了一种可扩展存储块分配程序（Extensible block allocator），借此可对数据结构进行延迟初始化（Lazy initialization），进而大幅改善大容量卷的性能。
• APFS支持三种模式的加密：不加密、单密钥加密，以及多密钥加密，并可管理每个文件所用的密钥和元数据密钥。

在HFS+的基础上APFS还提供了其他改善和新功能，包括稀疏文件（Sparse file）、改进的TRIM操作，内建对扩展属性的支持等。

APFS的新功能

APFS还包含多个与ZFS以及HAMMER等现代化文件系统相似的高级功能，多年前Apple曾尝试将其移植到OS X：

• 为确保发生崩溃等故障后文件不受损，APFS提供了一种全新的写入时复制（Copy-on-write）机制。
• 空间分享（Space sharing）技术使得共享物理卷上的多个文件系统可以灵活扩展，而无需进行硬性分区操作。
• 克隆功能使得用户能够为文件和目录创建副本，在对这些副本进行更改前，副本完全不占用额外的存储空间，并且修改后也只需要在磁盘上存储改动过的文件块。通过强制使用copyItemAtURL:toURL:error:和copyItemAtPath:toPath:error:等NSFileManager方法，这一过程对用户来说是完全透明的。
• 快照是指为整个文件系统创建的只读实例，可用于实现差异备份。但目前开发者还无法使用API管理快照。
• 原子化存储（Atomic save）可通过一笔事务将一批文件或目录以整体方式统一更名。这种全新行为是通过强制实施moveItemAtURL:toURL:error:和moveItemAtPath:toPath:error:等NSFileManager方法以透明的方式实现的。

使用APFS

APFS目前以开发者预览版的方式通过macOS 10.12发布，该版本还提供了一个操作这一全新文件系统的新版hdutil命令。用户可以使用下列命令创建APFS分区：

$ hdiutil create -fs APFS -size 1GB foo.sparseimage

由于是开发者预览版，Apple也提醒了开发者在使用APFS时可能遇到故障和数据丢失等情况。此外APFS还存在一些局限，例如：

• 无法用于启动磁盘。
• 文件和目录名称大小写敏感。
• 无法用于Time Machine、FileVault或Fusion驱动器。

按照计划APFS将于2017年正式发布，最终将取代Apple已沿用超过30年的HFS+文件系统。