APFS: Apple erstellt eigenes modernes Dateisystem

Native Verschlüsselung, Copy-on-Write-Klone, Schnappschüsse, eine nahezu unerschöpfliche Anzahl an Dateien, Zeitstempel im Bereich von Nanosekunden und eine einfache Netzwerkeinbindung. All das soll das neue Dateisystem von Apple bieten.

Artikel veröffentlicht am 14. Juni 2016, 13:57 Uhr, Sebastian Grüner

Die SSDs von Apple sind auf den Mainboards inzwischen kaum noch zu erkennen. (Bild: iFixit)

Das Konzept des Dateisystems HFS+ und seines Vorgängers HFS sei inzwischen mehr als 30 Jahre alt, schreibt Apple. Das Unternehmen werde deshalb, beginnend mit dem neuen MacOS Sierra, das Dateisystem Apple File System (APFS) unterstützen. Dieses enthält viele Neuerungen, die an die moderne Dateisystem-Konkurrenz wie ZFS aus Solaris oder das für Linux entstandene Btrfs erinnern.

So nutzt APFS das Konzept sogenannter Inodes und ist ein 64-Bit-Dateisystem, was bis zu 9 Trillionen einzelne Dateien pro Festplatte ermöglicht. Dies entspricht der Zahl 2^63-1, Btrfs ermöglicht 2^64 einzelne Dateien. Darüber hinaus unterstützt APFS nun Zeitstempel im Abstand von 1 Nanosekunde, statt der derzeitigen Grenze in HFS+ von 1 Sekunde. Damit lassen sich die tatsächlich durchgeführten Operationen auf Platten mit APFS wohl sehr gut nachvollziehen.

Copy-on-Write wie bei ZFS und Btrfs

Eine als Schutz vor Abstürzen beschriebene Funktion von APFS nutzt Copy-on-Write (COW) für Metadaten. Damit sollen Einträge in das Dateisystem ebenso wie Schreibvorgänge in das Journal des Dateisystems auch dann nachvollziehbar bleiben, wenn der Vorgang unerwartet abbricht. Also wenn zum Beispiel die Stromversorgung des Rechners unterbrochen wird.

Das von ZFS und Btrfs bekannte Konzept COW wird aber auch für das Dateisystem selbst umgesetzt, was das sogenannte Klonen von Dateien ermöglicht. Das heißt: Wird eine Datei von Nutzern kopiert, werden die Daten nicht tatsächlich physisch dupliziert, sondern lediglich ein Verweis auf eine neue Datei erstellt. Dabei werden ausschließlich die Veränderungen an der neuen Datei auf das Dateisystem geschrieben. Dies spart einerseits etwas Platz und ermöglicht andererseits, die Veränderungen leicht nachvollziehen zu können.

Diese Verweise können zudem genutzt werden, um sogenannte Schnappschüsse des gesamten Dateisystems zu erstellen. Nachdem ein Schnappschuss erstellt worden ist, kann dieser nur noch gelesen werden (Read-only). Darauf zu schreiben, ist nicht mehr erlaubt. Allerdings werden danach nur noch die Änderungen am Dateisystem seit dem Schnappschuss als COW aufgezeichnet. So lässt sich schnell zwischen verschiedenen Zuständen des Dateisystems wechseln, was zum Beispiel bei misslungenen Betriebssystem-Updates extrem hilfreich sein kann. Auch die Arbeit mit Apples Time Machine sollte damit wesentlich einfacher werden.

Native Verschlüsselung analog zur Konkurrenz

Wie viele moderne Dateisysteme soll auch APFS eine native Verschlüsselung bieten, wofür verschiedene Modi bereit stehen. So kann auf die Verschlüsselung verzichtet, ein Schlüssel für den gesamten Speicher oder ein Schlüssel pro Datei genutzt werden. In Abhängigkeit von der Hardware sollen dafür die Verfahren AES-CBC oder AES-XTS verwendet werden können. Letzteres wird unter anderem auch von OpenBSD, Veracrypt oder DM-Crypt genutzt.

APFS soll außerdem sogenannte Sparse-Dateien unterstützen. Für die Einbindung ins Netzwerk soll mit APFS nicht mehr die Eigenentwicklung AFP verwendet werden, sondern das von Windows genutzte SMB, das mit der freien Implementierung Samba auch auf anderen Systemen zur Verfügung steht.

Weitere Details zu APFS finden sich in der Dokumentation von Apple. Eine technische Vorschau auf das neue Dateisystem steht in MacOS Sierra zur Verfügung. Mit der geplanten stabilen Veröffentlichung im kommenden Jahr soll das Dateisystem offen dokumentiert werden, was eine freie Implementierung für andere Betriebssysteme ermöglicht.