Apple ファイルシステム

Apple File System （ APFS ）は、Apple Inc.が macOS Sierra（10.12.4）[6]以降、iOS 10.3、tvOS 10.2、[7] watchOS 3.2、[8]およびiPadOSのすべてのバージョン[9]向けに開発および導入した^独自のファイルシステムです。 [ ¹⁰ ]これ^は、これら^のオペレーティングシステム^{上のAPFSの前身である}HFS+ （Mac OS Extendedとも呼ばれる）のコア問題を修正することを目的としています。 APFSはソリッドステートドライブストレージに最適化されており、暗号化、スナップショット、データ整合性の向上などの機能をサポートしています。^{[11] [12]}

Apple File Systemは、1998年から使用されてきたHFS+の代替として、2016年6月のApple開発者会議（WWDC）で発表されました。 ^{[11] [12]} APFSは、2017年3月27日のiOS 10.3のリリースとともに64ビットiOSデバイス向けにリリースされ、2017年9月25日のmacOS 10.13のリリースとともにmacOSデバイス向けにリリースされました。^{[13] [8]}

Appleは2018年9月にAPFSの部分的な仕様をリリースし、暗号化されていない非Fusionストレージデバイス上のApple File Systemsへの読み取り専用アクセスをサポートしました。ソフトウェア暗号化の仕様は後に文書化されました。^[14]

このファイルシステムは、比較的小規模または大規模なストレージを搭載したデバイスで使用できます。64ビットのiノード番号^[2]を使用し、データ保護と呼ばれる技術を使用してより安全なストレージを実現します。APFSコードは、HFS+コードと同様に、TRIMコマンドを使用してスペース管理とパフォーマンスを向上させます。APFSが利用可能なデータを計算する方法により、iOSとmacOSでの読み取り/書き込み速度^[8]とiOSデバイスのスペースが向上する可能性があります。 ^[15]

APFS はGPTパーティション スキームを使用します。GPT スキーム内には、1 つ以上の APFS コンテナーがあります (パーティション タイプ GUID は7C3457EF-0000-11AA-AA11-00306543ECAC )。各コンテナー内には 1 つ以上の APFS ボリュームがあり、それらはすべてコンテナーの割り当てられた領域を共有し、各ボリュームは APFS ボリュームの役割を持つことができます。macOS Catalina (macOS 10.15) では、 Finder が1 つのボリュームとして表示するボリュームのグループである APFS ボリューム グループが導入されました。APFS ファームリンクは、ハード リンクとソフト リンクの間にあり、ボリューム間をリンクします。

macOS Catalina では、システムボリュームの役割 (通常は「Macintosh HD」という名前) は読み取り専用になり、macOS Big Sur (macOS 11) では署名済みシステム ボリューム (SSV) になり、ボリューム スナップショットのみがマウントされます。データボリュームの役割 (通常は「Macintosh HD - Data」という名前) は、システムボリュームのオーバーレイまたはシャドウとして使用され、システム ボリュームとデータボリュームは両方とも同じボリューム グループの一部であり、Finder では 1 つとして表示されます。

クローンにより、オペレーティングシステムは追加のストレージスペースを占有することなく、同じボリューム上に効率的なファイルコピーを作成できます。クローンファイルへの変更はデルタエクステントとして保存されるため、ドキュメントの改訂やコピーに必要なストレージスペースが削減されます。^{[10]ただし、同じファイルの2つのコピーを他のファイルのクローンとしてマークしたり、他の種類の}データ重複排除を行うためのインターフェイスはありません。

APFSボリュームは、ファイルシステムの特定時点の読み取り専用インスタンスを作成するためのスナップショットをサポートしています。 ^[10]

Apple File Systemは、フルディスク暗号化^[2]と、以下のオプションによるファイル暗号化をネイティブにサポートしています。

• 暗号化なし
• 単一キー暗号化
• マルチキー暗号化では、各ファイルは別々のキーで暗号化され、メタデータは別のキーで暗号化されます。^[10]

APFSは64ビットのiノード番号をサポートしており、単一ボリュームで9京（2の^63乗）以上のファイルをサポートします。 ^{[2] [5]}

Appleファイルシステムはメタデータのデータ整合性を保証するためにチェックサムを使用しますが、ユーザーデータには使用しません。^[16]

Apple File System は、システムクラッシュによるメタデータの破損を回避するように設計されています。既存のメタデータレコードを上書きするのではなく、完全に新しいレコードを書き込み、新しいレコードを指定してから古いレコードを解放します。これは、リダイレクトオンライトと呼ばれる方法です。これにより、更新中に発生するクラッシュによって、部分的に古いデータと部分的に新しいデータを含むレコードが破損するのを回避できます。また、変更が最初にジャーナルに書き込まれ、次にカタログファイルに書き込まれる HFS+ ジャーナルファイルシステムのように、変更を 2 回書き込む必要がなくなります。^[16]

APFSは、Deflate（Zlib）、LZVN（libFastCompression）、LZFSEを使用して個々のファイルの透過的な圧縮をサポートしています。これら3つはすべてLempel-Zivタイプのアルゴリズムです。この機能はHFS+から継承されており、リソースフォークまたは拡張属性を使用して同じAppleFSCompression / decmpfsシステムで実装されています。HFS+と同様に、decmpfsでラップされたルーチンを使用しないツールでは透過性が損なわれます。^[17]

APFSは、同じコンテナ内に複数の論理ドライブ（ボリュームと呼ばれる）を持つ機能を追加し、そのコンテナ内のすべてのボリューム（ブロックデバイス）で空き領域を利用できるようにします。 ^[18]

APFS には、その前身である HFS+ に比べて数多くの改善点が含まれていますが、いくつかの制限があることも指摘されています。

APFSはユーザーデータのチェックサムを提供しません。^{[19]また、バイトアドレス指定}可能な不揮発性ランダムアクセスメモリも利用しません。^{[20] [21]}

ファイルの列挙や一般的なinodeメタデータは、ハードディスクドライブ上に配置されている場合、APFS上でははるかに遅くなります。これは、HFS+のように固定された場所にメタデータを保存するのではなく、APFSが実際のファイルデータと一緒にメタデータを保存するためです。メタデータの断片化は、ファイルを一覧表示するときにより多くのシークが実行されることを意味します。これはSSDでは許容されますが、HDDでは許容されません。^[22]

HFS+とは異なり、APFSはディレクトリへのハードリンクをサポートしていません。^{[3] [23]} Mac OS X 10.5（Leopard）からmacOS 10.15（Catalina）に含まれていたTime Machineバックアップソフトウェアのバージョンはディレクトリへのハードリンクに依存していたため、当初APFSはバックアップボリュームのサポート対象ではありませんでした。 ^{[24] [23]この制限は}macOS 11 Big Surから克服され、APFSは新しいTime Machineバックアップのデフォルトのファイルシステムになりました（既存のHFS+形式のバックアップドライブも引き続きサポートされています）。^[25] macOS Big SurのTime Machineの実装はAPFS形式のドライブと組み合わせて、HFS+形式のバックアップドライブで可能だったよりも「より高速で、よりコンパクトで、より信頼性の高いバックアップ」を可能にします。^{[26] [27]}

• 2018年3月、High SierraのAPFSドライバに、ディスク暗号化パスワードが平文で記録されるバグがあることが判明した。^[28]
• 2021年1月、iOS < 14.4、macOS < 11.2、watchOS < 7.3、tvOS < 14.4のAPFSドライバーに、権限に関係なくローカルユーザーが任意のファイルを読み取ることができるバグがあることが判明しました。^{[29] [30] [31] [32]}

macOS Sierra 10.12.4では、いくつかの制限付きでAPFSの実験版が提供されています。これはコマンドラインユーティリティから利用できます。これらの制限の中には、HFS+が行うUnicode正規化diskutilを行わないという点があり、^[33]英語以外の言語では問題が生じます。^[34] SierraバージョンのAPFSでフォーマットされたドライブは、macOSやAPFSのそれ以降のバージョンと互換性がない可能性があり、SierraバージョンのAPFSはTime Machine、FileVaultボリューム、またはFusion Driveでは使用できません。^[35]

macOS 10.13 High Sierra以降、フラッシュストレージを搭載したすべてのデバイスは自動的にAPFSに変換されます。^[36] macOS 10.14 Mojave以降、Fusion Driveとハードディスクドライブもインストール時にアップグレードされます。^[37]アップグレードするための主要なユーザーインターフェイスには、この変換をオプトアウトするオプションが表示されず、High SierraバージョンのAPFSでフォーマットされたデバイスは、以前のバージョンのmacOSでは読み取れません。 [36] ユーザーは、コマンドラインでインストーラのユーティリティを使用してを渡すことで、APFS変換を無効にできます。 [ ^{38 ]}startosinstall--converttoapfs NO

macOS Big Sur 11.2.1 以降、FileVaultボリュームは APFS に変換されません。代わりに、macOS は外部 FileVault ドライブを Mac OS 拡張 (ジャーナリング) でフォーマットされた CoreStorage 論理ボリュームとしてフォーマットします。FileVault ドライブはオプションで暗号化できます。 ^{[引用が必要]}

iOS 10.3、tvOS 10.2、watchOS 3.2は、互換性のあるデバイス上で既存のHFSXファイルシステムをAPFSに変換します。^{[13] [8] [39]}

APFSボリュームは今日のMacに広く普及しており、このフォーマットは2016年に導入されたが、Appleが完全なドキュメントのリリースを遅らせたため、サードパーティの修復ユーティリティはAPFSボリュームのサポートにおいて依然として顕著な制限を抱えている。DiskWarriorのメーカーであるAlsoftによると、Appleが2018年にAPFSフォーマットのドキュメントを部分的にリリースしたため、APFSディスクを安全に再構築できるDiskWarriorのバージョンの作成が遅れているという。^[40] MicroMatのTechToolやProsoftのDrive Geniusなどの競合製品もAPFSのサポートを拡大すると予想される。

Paragon Software Group は、 APFS ドライブの読み取り専用アクセスをサポートする4 条項BSD ライセンスの下でソフトウェア開発キットを公開しました。 ^[41] Joachim Metz による独立した読み取り専用のオープンソース実装である libfsapfs は、 GNU Lesser General Public License v3の下でリリースされています。これは、Debian、Fedora Linux、Rocky Linux、Red Hat Enterprise Linux、Ubuntu のソフトウェア リポジトリにパッケージ化されています。 ^{[42] [43] [44]}どちらも、通常のファイルシステム ドライバー インターフェイスを公開しないコマンド ライン ツールです。Linuxには、読み取り専用アクセスを備えた apfs-fuse と呼ばれるFilesystem in Userspace (FUSE) ドライバーがあります。 ^[45]「APFS for Linux」プロジェクトは、Linux カーネルに APFS サポートを統合する作業を行っています。^[46]

商用製品であるParagonのAPFS for Windowsは、Windows 7からWindows 11、Windows Server 2008 R2からWindows Server 2022までのすべてのバージョンのWindowsでAPFSボリュームの読み取りと書き込みをサポートしますが、APFSボリュームのフォーマットや検証はできず、Apple T2セキュリティチップに対してハードウェア暗号化されたAPFSボリュームを読み取ることもできません。^[47]

• ファイルシステムの比較

• Apple Developer : Apple ファイルシステムガイド
• Apple Developer: Apple ファイルシステムリファレンス
• WWDC 2016: Apple ソフトウェア エンジニアのDominic Giampaolo氏と Eric Tamura 氏による APFS の紹介
• 独立系ファイルシステム開発者 Adam Leventhal による APFS の詳細な概要