APFS – Apple File System: Dateisystem für iPhone, iPad und Mac

Die Tage von HFS+ sind gezählt, der Nachfolger APFS steht bereits in den Startlöchern: iOS 10.3 bringt das Apple-Dateisystem auf iPhone und iPad. Es soll letztlich alle Geräte abdecken – von der Apple Watch bis zum Mac Pro – und bildet die Grundlage für neue Funktionen.

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APFS Apple File System
Von
  • Patrick Stein
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Artikel aus Mac & i Heft 4/2016, S. 36.

Das betagte HFS+ soll im Laufe des Jahres vom Apple Platform FileSystem (APFS) abgelöst werden, iOS 10.3 macht den Anfang. Ein ambitionierter Zeitplan, denn das neue Dateisystem ist dann nur etwa vier Jahre in Entwicklung gewesen. Das ist wenig für eine Systemkomponente, bei der jeder Fehler unweigerlich zur Katastrophe führt.

Die Ursprünge von HFS (als Vorläufer von HFS+) stammen aus dem Jahre 1985, es wurde über die Jahre um Journaling und einen Case-Sensitive-Modus (welcher die Groß- und Kleinschreibung in Datei- und Verzeichnisnamen berücksichtigt) erweitert, später kamen mit CoreStorage dann Verschlüsselung und Fusion Drive unterhalb des Dateisystems hinzu. Auf iOS kann HFS+ sogar einzelne Dateien verschlüsseln.

Hauptaugenmerk bei APFS liegt auf einem optimalen Einsatz über alle Apple-Geräte hinweg, also die Skalierbarkeit von der Apple Watch über iPhone, iPad und Apple TV, bis zum Macbook und Mac Pro – inklusive Verschlüsselung und der besten Performance auf modernen SSDs und Flash-Modulen.

Apple hat APFS für ein sicheres Crash-Verhalten konzipiert. Metadaten werden wie bei ZFS transaktionell und mittels Copy-On-Write sicher geschrieben. Das funktioniert so: Löscht man eine Datei, ändert das System das Verzeichnis nicht direkt an Ort und Stelle, sondern schreibt es mitsamt der veränderten, darüberliegenden Verzeichnisstruktur auf einen freien Platz. Ganz zum Schluss erhält der oberste Verzeichnisknoten noch eine Transaktionsnummer. So gewährleistet APFS, dass im Falle eines Stromausfalls entweder alle Änderungen durchgeführt sind oder gar keine. Zur Sicherheit kommen bei diesen Metadaten zusätzlich Checksummen zum Einsatz, sodass zu jedem Zeitpunkt ein konsistentes Dateisystem vorliegt.

Apple will das neue Dateisystem APFS im Laufe des Jahres veröffentlichen, vorher kann man es bereits als Technologievorschau ausprobieren.

Bislang hat Apple diese Vorgehensweise allerdings nur für die Metadaten implementiert, nicht für die eigentlichen Nutzdaten. Daher kann APFS Fehler innerhalb der Dateien weder erkennen noch korrigieren. Im Falle der Apple Watch mag diese Einschränkung noch nachvollziehbar sein, gerade bei macOS aber haben viele Entwickler mehr Datensicherheit erwartet.

Alle internen Felder sind bei APFS 64 Bit breit, somit sind Zeitmarken (etwa das Änderungsdatum einer Datei) nun nanosekundengenau. Alle Datenstrukturen sind erweiterbar angelegt, sodass aktuelle Versionen von APFS mit zukünftigen Versionen umgehen können, selbst wenn diese dann neue Erweiterungen benutzen. Mit anderen Worten: Auch ein mit einer zukünftigen Version von APFS formatierter Datenträger soll so mit einer älteren Version von APFS funktionieren – wichtig gerade für den Datenaustausch auf dem Mac.