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The file systems of macOS

basic concepts of varios file systems of macOS

Wie im Artikel über die Grundlagen von Dateisystemen erwähnt, ist das Betriebssystem einer der Schlüsselfaktoren, die sich auf die Wahl eines geeigneten Speicherformats auswirken. Und wenn es um macOS geht, sind die verfügbaren Optionen durch die geschlossene Natur des Apple-Ökosystems eingeschränkt. Alle modernen Macs mit macOS 10.14 und höher verwenden standardmäßig APFS, das auch mit dem Rest der Apple-Produktlinie geteilt wird – den Geräten, die auf iOS, iPadOS, tvOS und watchOS basieren. Gleichzeitig wird HFS+, der frühere De-facto-Standard, weiterhin unterstützt, um die Kompatibilität mit älteren Maschinen zu wahren. Hier können Sie sich mit diesen beiden Dateisystemtypen und deren Organisationsprinzipien vertraut machen.

Beachten Sie bitte: Obwohl macOS die Formatierung von Wechselmedien in FAT/FAT32 oder exFAT erlaubt und deren Lese-Schreib-Unterstützung bietet, werden diese Dateisysteme im Hinblick auf ihre direkte Relevanz für Microsoft Windows in einem anderen Artikel beschrieben.

Inhalt:

APFS

APFS (Apple File System) wurde 2017 zusammen mit dem Launch von macOS High Sierra 10.13 eingeführt und ausschließlich für die Verwendung mit Apple-Produkten entwickelt, darunter Macs, iPhones, iPads, Apple Watches und Apple TV.

Das Format der neuen Generation zielt darauf ab, effizient mit Flash-Speicher und Solid-State-Laufwerken zu arbeiten. Und das ist keine Überraschung, da die überwiegende Mehrheit der modernen Apple-Geräte SSDs als primären Speicher verwenden. Darüber hinaus adressiert APFS die grundlegenden Probleme von HFS+, seinem Vorgänger auf den oben genannten Appliances, und bietet viele Datenintegritäts- und platzsparende Features.

Das Dateisystem verwendet die Copy-on-Write-Technik, die das Risiko seiner Beschädigung minimiert. Vor APFS wurden die Änderungen direkt in die von den vorhandenen Objekten belegten Speicherblöcke geschrieben. Im Gegensatz dazu überschreibt APFS sie nie an Ort und Stelle – es erstellt ihre Kopien und führt die notwendigen Änderungen an einem neuen Speicherort auf dem Speicher durch, um sicherzustellen, dass alle Änderungen vor möglichen Abstürzen geschützt sind.

APFS stützt sich auf den Container als Hauptelement zum Speichern von Daten. Ein einzelner Container kann mehrere Volumen (Dateisysteme) enthalten, die sich den darin verfügbaren Speicherplatz teilen. Die Informationen über die Anzahl der Blöcke im Container, die Blockgröße usw. werden im Container-Superblock gespeichert, der auch als Einstiegspunkt in jedes Volumen fungiert. Die Zuordnung von Blöcken im gesamten Container wird mithilfe einer gemeinsamen Bitmap verfolgt.

Gleichzeitig haben Volumen ihre eigenen Volumen-Superblocks und unabhängige Strukturen zum Speichern von Daten und Metadaten. Alle darin enthaltenen Dateien und Ordner werden mithilfe von binären Suchbaumstrukturen verwaltet, die als Datei- und Ordner-B-Bäume bezeichnet werden. Die Nodes in solchen B-Bäumen speichern Schlüssel und Werte.

Der Inhalt jeder Datei wird durch mindestens einen Extent dargestellt, der die Informationen über seine Startposition und Länge in Blöcken enthält. Alle Extents in dem Volumen werden von einem dedizierten B-Baum behandelt.

Dennoch wurde APFS trotz seiner optimierten Struktur und anderer offensichtlicher Vorteile mit Blick auf Flash-Speicher entwickelt und ist möglicherweise nicht die beste Alternative für mechanische Festplatten. Außerdem kann es zu ihrer übermäßigen Fragmentierung und damit zur Leistungsminderung kommen. Überdies ist es unter vorherigen Versionen von macOS – macOS Sierra 10.12 oder früher – nicht möglich, auf ein APFS-Volumen zuzugreifen, was in bestimmten Anwendungsszenarien zu einem Hindernis werden kann.

HFS+

HFS+ (Hierarchical File System Plus), auch bekannt als Mac OS Extended, wurde 1998 mit Mac OS 8.1 veröffentlicht und diente als Standarddateisystem für Mac-Computer sowie für iPod- und Xserve-Produkte, bevor es in macOS High Sierra 10.13 durch APFS ersetzt wurde. Ursprünglich war es nur eine Erweiterung des alten HFS-Formats, das jetzt fast vierzig Jahre alt ist.

HFS+ implementiert den Journaling-Mechanismus, um die Beschädigung seiner Strukturen zu verhindern. Alle Änderungen werden im Journal-Bereich dokumentiert, was die umgehende Wiederherstellung bei unerwarteten Ereignissen wie Stromausfällen ermöglicht.

Eine der Kernstrukturen von HFS+ heißt Volumen-Header, der am Anfang eines HFS+-Volumens verfügbar ist. Er enthält die allgemeinen Parameter Dateisystems zusammen mit den Positionen anderer entscheidender Elemente. Die meisten anderen Serviceinformationen sind in speziellen Dateien organisiert, die in verschiedenen Teilen des Volumens zu finden sind und hauptsächlich durch B-Bäume dargestellt werden.

Der gesamte Speicherplatz in HFS+ wird in gleiche Zuordnungsblöcke aufgeteilt. Der Zustand jedes Zuordnungsblocks wird in der Bitmap-ähnlichen Zuordnungsdatei (Allocation File) aufgezeichnet. In der Regel werden solche Blöcke Dateien in zusammenhängenden Gruppen zugeordnet, was dazu beiträgt, deren Fragmentierung zu verringern.

Mit Dateien können zwei Datensätze verknüpft sein. Der eigentliche Inhalt der Datei wird als Daten-Fork bezeichnet, während die zusätzlichen Informationen darüber als Resource-Fork gespeichert werden. Eine zusammenhängende Folge von Blöcken, die zu einem Fork gehören, wird als Extent genannt, der durch seine Startposition und die Anzahl der darin enthaltenen Blöcke dargestellt wird.

Die Katalogdatei (Catalog File) enthält Datensätze für jede Datei und jedes Verzeichnis im Dateisystem. Solche Datensätze umfassen die meisten Metadaten und auch die ersten acht Extents jedes Forks. Weitere Extents, falls vorhanden, werden in der Extents-Überlaufdatei (Extents Overflow File) beibehalten. Und schließlich werden zusätzliche Attribute in Bezug auf Dateien und Ordner in der Attribute-Datei (Attributes File) gespeichert.

Unter anderem unterstützt HFS+ mehrfache Verweise auf den Inhalt derselben Datei, bekannt als harte Links oder Hardlinks. Im Gegensatz zu normalen Dateien benötigen Hardlinks keinen zusätzlichen Speicherplatz – sie existieren in der Katalogdatei als Verweise auf die Originaldatei, die selbst in das versteckte Stammverzeichnis verschoben wird.

Obwohl HFS+ bereits veraltet ist, bietet es den Vorteil der Rückwärtskompatibilität, wodurch der Zugriff auf Computer mit älteren Versionen von macOS erhalten bleibt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass es sehr schnell aus dem Gebrauch fällt.

Hinweis: Die Details zur Möglichkeit der Datenwiederherstellung auf diesen Dateisystemen finden Sie im Artikel über die Besonderheiten der Datenrettung in Abhängigkeit vom Betriebssystem und die Chancen für die Datenwiederherstellung. Wenn Sie an der praktischen Seite des Verfahrens interessiert sind, lesen Sie bitte den Leitfaden zur Datenwiederherstellung unter macOS.

Falls Sie mehr über die nativen Formate anderer gängiger Betriebssysteme erfahren möchten, lesen Sie bitte die folgenden Artikel:

Letzte Aktualisierung: 20. April 2023

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