Menu
CHIP Speedtest

Jak na SSD a flash disky

(APFS) chce Apple pokrýt všechna zařízení - od Apple Watch až po Mac Pro. Z technického hlediska jde o špičku, v praxi ale (doposud) existují problémy. 

Ne všechno se ve světě počítačů mění závratnou rychlostí. Například souborové systémy se po svém zavedení udrží ve službě třicet, ale i více let. Příkladem je systém souborů HFS+, který Apple již delší dobu používá (od roku 1998), ale jeho technické kořeny sahají až do systému hierarchických souborů, který byl spuštěn v roce 1985. To ale bylo období, kdy počítačová veřejnost ještě neměla představu o rychlých SSD discích, inteligentních databázích nebo domácích discích s kapacitou několika terabajtů. Souborový systém je přitom centrální součástí každého počítače. Je zodpovědný nejen za organizované ukládání veškerých souborů na disk, ale i jejich čtení a mazání. Systém souborů poskytuje čitelnou strukturu pro uživatele i programy počítače a mapuje uložená data a fyzické adresy. Využívá k tomu oddíly, sektory a stopy.

V březnu 2016 začala společnost Apple používat svůj proprietární souborový systém APFS (Apple File System), a to u iPhonů a iPadů s operačním systémem iOS verze 10.3 a vyšší. V září 2017 se pak přechod na nový systém týkal i osobních počítačů s macOS, konkrétně od verze macOS 10.13. Vzhledem k tomu, že většina změn probíhala hladce, běžní uživatelé si změny souborového systému ani nevšimli nebo zaznamenali jen drobné změny. To je škoda, protože systém APFS je technicky okouzlující. Optimalizace pro SSD: Na rozdíl od systému souborů NTFS, který používají Windows, počítá novější systém APFS se zvláštnostmi pamětí typu flash. Rozděluje své procesy zápisu co nejrovnoměrněji po volných blocích paměti, aby se SSD disk co nejvíce šetřil. Podpora TRIM je vestavěna a APFS vykazuje nízké latence a má významně sníženou paměťovou režii.

64bitový souborový systém: V současné době je 64bitů standardem pro hardware i operační systémy. Na rozdíl od HFS+ používá APFS 64bitové adresování, což umožňuje používat větší svazky, více souborů a menší velikosti bloků. Vestavěné šifrování: V závislosti na konfiguraci hardwaru můžete pracovat ve třech různých režimech zabezpečení dat. Nejméně zabezpečeným režimem je režim bez šifrování. V další úrovni jsou uložená data zašifrována, ale za použití pouze jednoho šifrovacího klíče. APFS však podporuje i nejbezpečnější režim víceklíčového šifrování. Při tomto procesu se každý soubor zašifruje vlastním klíčem, a dokonce i metadata jsou chráněna vlastním klíčem.

Ochrana proti ztrátě dat

Profesionálně používaný souborový systém musí mít samozřejmě mechanismy proti ztrátě dat, například pokud dojde k náhlému výpadku napájení. Například systém NTFS používá tzv. žurnálování. Všechny zápisy na disk se zároveň zaznamenávají do speciálního souboru. Pokud uprostřed zápisu dojde k jeho přerušení, je následně možné podle záznamů do žurnálu všechny rozpracované operace dokončit nebo anulovat a tím systém souborů uvést do konzistentního stavu. Režim opravy sice zajistí opětovný běh systému, ale tato metoda je pomalá a navíc vyžaduje další záznamy o všech modifikacích.

Souborový systém APFS používá pro ochranu dat odlišný mechanismus nazvaný copy-on-write (kopírování při zápisu). Modifikované bloky dat se nejprve zkopírují na zcela nové místo disku. Následně jsou odkazy na blok aktualizovány v metadatech. Tak se zabezpečí, že změna se provede zcela, nebo vůbec, a nehrozí nekonzistentní stav. APFS navíc chrání metadata proti manipulaci pomocí kontrolních součtů.

Flexibilita při použití

Uživatelé počítačů se často dostanou do kontaktu se souborovým systémem až v případě, kdy dojde místo na disku. Klasické souborové systémy jsou často náchylné k chybě při zmenšování, zvětšování nebo přesunu diskového oddílu. Před takovouto operací je lepší si data zálohovat, protože hrozí jejich ztráta. V systému APFS to ale funguje jinak. Diskové oddíly mohou být zmenšeny nebo zvětšeny bez problémů a rizika. Je to dáno tím, že pokud jsou například na 1TB SSD disku umístěny dva logické disky, sdílí spolu tento 1TB kontejner. A z tohoto kontejneru každý logický disk může vyčerpat veškerý volný prostor. Pokud tedy například disk A zabírá 100 GB a velikost B je 200 GB, oba mají k dispozici 700 GB volného místa. Předem stanovené pevné dělení není v tomto případě nutné. Apple tuto funkci nazývá Space Sharing, tedy sdílení místa, protože diskové oddíly sdílejí společný prostor a mohou dynamicky měnit svoji velikost.

Systém APFS řeší i další otravné nedostatky jiných souborových systémů. Často totiž docela dlouho trvá, než souborový systém zobrazí správnou velikost složky se složitější adresářovou strukturou. Díky funkci Fast Directory Sizing má APFS neustále přehled o velikosti složek, a může tedy ihned poskytnout správnou informaci. Systém si neustále na pozadí udržuje přehled.

Problémy v praxi

Apple úspěšně nasadil souborový systém APFS na milionech zařízení. Uživatelé se ale mohli setkat i s dětskými nemocemi tohoto systému. APFS totiž úspěšně funguje jen na počítačích Mac s SSD diskem. S tzv. Fusion Drive a dalšími kombinacemi flash disku a klasického pevného disku má APFS problém. A neporadí si dokonce ani s vlastním zálohovacím programem Time Machine. APFS disky sice lze zálohovat, ale jen na disky se systémem HFS+. Pokud se pro zálohu použije APFS, můžete o ni přijít. Apple plánuje vylepšení APFS s aktualizací macOS 10.14 na podzim roku 2018.

***

Přehled důležitých souborových systémů

APFS se při srovnání s předchůdcem HFS+ a systémem souborů používaným ve Windows, tedy NTFS a ReFS (Windows 10 Enterprise), výrazně liší. Pouze APFS je od základů navržen především pro SSD disky a má lepší ochranu proti haváriím pomocí Copy-on-Write.

Systém souborů APFS HFS+ NTFS ReFS
Dostupný od 2017 1998 1992 2012
Podporované OS macOS, iOS, tvOS, watchOS macOS, iOS Windows Windows
Optimalizováno pro SSD/externí flash paměti pevné disky pevné disky pevné disky
Boot partition / Data partition */* */* */* */*
Ochrana * (Copy-on-Write) * (Žurnál) * (Žurnál) * (Žurnál)
Zabudované šifrování / komprese */* */* */* */*
Přístupová práva / RAID / TRIM */*/* */*/* */*/* */*/*
Přímé odkazy / symbolické odkazy */* */* */* */*

Foto popis| Jeden souborový systém pro všechna zařízení APFS je souborový systém, který lze flexibilně použít napříč zařízeními - od hodinek Apple Watch až po Mac Pro. Je obzvláště úsporný. Kopie souborů nezaberou další prostor a jsou okamžitě k dispozici. Zálohování je také velmi snadné.
Foto popis| Klonování: Kopie souborů nezaberou další místo Chcete-li na nějakou dobu vytvořit kopii souboru, nemusí se v případě APFS tento soubor zapsat na SSD disk dvakrát. Místo toho se vygeneruje pouze nový adresářový záznam a soubor nezabere na disku další místo.
Foto popis| Originál Původní soubor zabírá na SSD disku dva paměťové bloky.
Foto popis| Kopie souboru Klon představuje pouze nový adresář, který odkazuje na již existující paměťové bloky.
Foto popis| Originál (změněný) Pokud se změní část původního dokumentu, vytvoří se nový paměťový blok.
Foto popis| Kopie souboru Klon zůstává nezměněný. Stále odkazuje na původní bloky.
Foto popis| Snapshots (snímky): Zmrazte okamžik Snímkování je elegantní způsob zálohování systému prostřednictvím APFS. Stav systému je totiž uložen jako určitý „klon“ daného okamžiku. K tomuto stavu se pak můžete kdykoli vrátit a systém může snímek znovu přehrát.
Foto popis| Soubory
Foto popis| Snímek Snímky obsahují adresáře se soubory v daném okamžiku.
Foto popis| Změny souborů Po snímku se změněné soubory a nové soubory zapisují pouze do nových bloků.
Foto popis| Snímek Prostřednictvím pořízeného snímků je možné při použití APFS rychle obnovit původní stav systému.
Foto popis| Automatický přechod Konverze na APFS proběhla u počítačů Mac s SSD disky automaticky po aktualizaci macOS 10.13 High Sierra.

O autorovi| JÖRG GEIGER, autor@chip.cz


Příbuzná témata:  








Komerční sdělení