Todo lo que sabemos sobre APFS, el sistema de archivos de Apple de próxima generación

La noticia más importante anunciada por Apple, algo que no será visible de inmediato para los usuarios, pero que es fundamental para el futuro de todas sus plataformas: el nuevo sistema de archivos APFS . Pero comencemos desde el principio, destacando algunas de las peculiaridades del nuevo mecanismo de almacenamiento.

¿Qué es un sistema de archivos?

Las computadoras le permiten crear, manipular, almacenar y recuperar datos. El sistema de archivos es básicamente la infraestructura de soporte que lo hace posible en un sistema operativo. El sistema de archivos le permite organizar, almacenar, ubicar y administrar información almacenada permanentemente en un dispositivo de almacenamiento como un disco duro o una unidad USB.

El sistema de archivos es responsable de la gestión de archivos (nada más que una secuencia lógica de información escrita en «bloques»), la forma en que se almacenan, puede tener en cuenta cualquier restricción, como la imposibilidad de escribir en determinadas carpetas, mostrar un organización jerárquica con carpetas y subcarpetas (una especie de ilusión creada para la comodidad del usuario: el sistema de archivos siempre almacena todo y de todos modos en los primeros bloques libres) y otros problemas que los que desarrollan aplicaciones delegan en el sistema operativo.

Hay varias formas de almacenar archivos; a lo largo del tiempo se han estudiado diversas formas de hacerlo, fundamental con la evolución de los tipos de memorias masivas disponibles, con la evolución de los sistemas de almacenamiento (hemos pasado de disquetes a incluso decenas de unidades TB) con, progreso (desde discos duros hasta SSD), con el tamaño de los archivos creados por el usuario que creció enormemente.

HFS, HFS + y otros derivados

Sistema de archivos jerárquico (HFS) es el nombre con el que Apple llama a su sistema de archivos. Fue introducido en 1985 como un nuevo sistema de archivos para computadoras Macintosh, reemplazando el anterior Macintosh File System (MFS) , utilizado por los primeros modelos de Mac, diseñado para una estructura de almacenamiento «plana». Tenía varias ventajas sobre el sistema DOS FAT: permitía, por ejemplo, utilizar nombres de hasta 31 caracteres.

Admitía metadatos y el almacenamiento separado de datos y recursos relacionados con el mismo archivo. Hacia finales de 1997, con Mac OS 8.1, HFS + se presentó oficialmente como sucesor del anterior. HFS + resolvió problemas de fragmentación, ocupaba innecesariamente el espacio de los archivos a medida que aumentaban las particiones, integrando soporte para nombres de archivos de hasta 255 caracteres.

Apple ha seguido mejorando su sistema de archivos; en noviembre de 2002 añadió el registro en diario para mejorar la disponibilidad y la resistencia a los errores informáticos. El registro en diario protege la integridad del sistema de archivos en caso de un apagado inesperado o un corte de energía; También optimiza el tiempo de actividad de los servidores y dispositivos de almacenamiento conectados, lo que acelera la reparación de los volúmenes afectados cuando se reinicia el sistema.

Con Mac OS 10.3 llegó otra versión de HFS Plus llamada HFSX . Los volúmenes en cuestión son casi idénticos a HFS Plus, pero admiten la distinción entre mayúsculas y minúsculas para los nombres de archivos y carpetas, distinguiendo los nombres de los archivos con mayúsculas y mayúsculas (especialmente útil en el entorno del servidor). Con Mac OS X 10.4, se integró el soporte para algunos atributos extendidos y se introdujo el soporte para el control de seguridad basado en listas de control de acceso (ACL).

Sistema de archivos de nueva generación

Apple sabe desde hace mucho tiempo que HFS + es ahora un sistema anticuado. No es “ desastroso ” que alguien intente pintarlo sino que, considerando que sus raíces se hunden hace 30 años, hay que reconocer que sus diseñadores fueron con visión de futuro, capaces de crear un mecanismo de almacenamiento memorable, sólido y duradero.

Los sistemas de almacenamiento han cambiado mucho en los últimos años y como ya hemos mencionado, hemos pasado de disquetes, unidades SSD, discos RAID, sistemas de almacenamiento que utilizaban placas magnéticas, a unidades que utilizan memorias rápidas de acceso aleatorio.

En 2007, Apple comenzó a explorar el soporte del sistema de archivos de próxima generación centrándose en ZFS, un sistema de archivos diseñado por un equipo de Sun que tiene muchas características que faltan en los sistemas de archivos de generaciones anteriores. En algunas versiones preliminares de Mac OS X 10.5, el soporte en lectura y escritura se integró al ZFS, pero el proyecto fue definitivamente abandonado en 2009 (por razones nunca aclaradas del todo pero probablemente por incompatibilidad con el tipo de licencia impuesta por Sun para el uso de su sistema de archivos).

Existen herramientas de terceros que le permiten administrar ZFS en Mac, pero estas utilidades nunca han tenido éxito, excepto para círculos reducidos de expertos y entusiastas.

Llega APFS

Apple no ha estado de la mano en los últimos años y el equipo que se ocupa del sistema de archivos en Cupertino (dirigido por Dominic Giampaolo, un ingeniero que creó, entre otras cosas, BeFS para BeOS y el diario integrado en HFS), ha desarrollado un nuevo sistema de archivos, APFS, que es compatible con macOS Sierra 10.12 pero cuya finalización está probando y llevará muchos meses.

Apple habla de 2017 pero podría ser un objetivo optimista: como puedes imaginar, un sistema de archivos con errores potenciales desastrosos no es aceptable: pones en riesgo los datos de millones de usuarios y antes de marcarlos como definitivos, seguros y confiables, tomará meses y meses de pruebas en las condiciones más dispares posibles.

¿Por qué «APFS» y no «AFS»?

Se ha elegido el nombre » APFS » en lugar de «AFS» (acrónimo lógico de «Apple File System») porque ya existe un sistema de archivos con este último nombre. AFS es el acrónimo de Andrew File System: este último es desarrollado por la Universidad Carnegie Mellon y se utiliza en el campo del procesamiento distribuido. Para evitar problemas legales, Apple probablemente prefirió llamar al nuevo mecanismo de almacenamiento de archivos con un acrónimo inexistente.


Peculiaridades de APFS

Hay varias peculiaridades de APFS. A continuación se muestra una descripción de algunas de las características más interesantes (para obtener más detalles técnicos, consulte los artículos de soporte técnico en el sitio web de Apple dedicados a los desarrolladores).

Cifrado

Una primera característica del APFS es el cifrado. Es un requisito imprescindible por las nuevas necesidades creadas en el campo de la seguridad y con la expansión de los dispositivos portátiles (portátiles, smartphones, tabletas). Desde un punto de vista técnico, APFS admite unidades cifradas y no cifradas, cifrado de clave única (cifrado simétrico) para medatates y datos de usuario, cifrado de clave múltiple con diferentes tipos de protección de metadatos, archivos y secciones de archivos (variables o «extensiones»).

Instantánea

Las instantáneas son una de las características más interesantes. En definitiva, es posible «fotografiar» el estado general de una unidad en un momento determinado, una opción para restaurar el sistema en caso de problemas. Por ejemplo: será posible instalar una actualización del sistema operativo y, en caso de problemas, volver exactamente a la misma situación de la que salimos antes de la actualización. El sistema es eficiente desde el punto de vista de la gestión de datos, teniendo en cuenta los cambios reales realizados.

El mecanismo es complementario a la funcionalidad proporcionada por Time Machine (que actualmente no admite la escritura en medios inicializados APFS). En futuras versiones de OS X , habrá dos funciones para la recuperación de datos: con Time Machine, será posible recuperar archivos y carpetas eliminados con el tiempo; con las instantáneas, será posible restaurar todo el estado del sistema guardado periódicamente (según la configuración elegida por el usuario).

Espacio compartido

APFS admite el espacio compartido de unidades y volúmenes, que consta de unidades o volúmenes unidos. El uso compartido de espacio permite que varios sistemas de archivos compartan espacio libre en un volumen físico. En comparación con el mecanismo de partición tradicional y rígido, con el que es necesario asignar un cierto espacio fijo para el sistema de archivos, los volúmenes APFS pueden crecer o disminuir (cambiar de tamaño) sin volver a particionar los volúmenes.

Cada volumen en un «contenedor» APFS, reporta el mismo espacio libre disponible, correspondiente al propietario del espacio disponible en el contenedor. Por ejemplo: un contenedor APFS con una capacidad de 100GB que incluye el volumen ”A” en el que se explotan 10GB y el volumen ”B” que usa 20GB, el espacio libre total se indica en 70GB (100GB – 10GB – 20GB).

Eficiencia en la gestión del espacio asignado

APFS tiene en cuenta archivos idénticos, evitando duplicaciones innecesarias. Si hay carpetas con varios archivos idénticos, el sistema almacenará solo un tipo de archivo para todos; si se modifica un solo archivo con respecto a los demás hasta entonces idénticos, asignará nuevo espacio sobre la marcha con la «copia en escritura», una técnica de optimización que tiene como objetivo reducir la duplicación de recursos del sistema.

La principal ventaja de la técnica de copia en escritura es que si un recurso duplicado se libera o elimina posteriormente sin que, mientras tanto, ni el original ni la copia se hayan modificado, el sistema ha evitado efectivamente la duplicación innecesaria, lo que se traduce en un ahorro de tiempo. La copia en escritura es tanto más ventajosa cuanto más costosa es la operación de duplicación y menos frecuentes son las operaciones de escritura.

Integridad de los datos

El objetivo principal de un sistema de archivos es garantizar la integridad de los datos. Durante las operaciones de lectura y escritura de archivos, pueden ocurrir bloqueos, bloqueos y apagados inesperados de la máquina. En los sistemas de archivos tradicionales, una marca de inicio del sistema le permite saber si una computadora o dispositivo se ha cerrado correctamente o no, y para invocar cualquier utilidad de verificación y control. Un esquema específico de administración de metadatos de copia en escritura mejora la protección del sistema de archivos contra fallas, al tiempo que reduce las tareas a las que se invoca el registro en diario en caso de problemas.

Actuación

Apple afirma que el nuevo sistema de archivos está particularmente optimizado para unidades de almacenamiento Flash / SSD. Para ello, ha previsto una capa específica denominada Flash Translation Layer (FTL). Debe garantizarse una mayor velocidad en la lectura y escritura de archivos mediante funciones específicas diseñadas para reducir las latencias de E / S.

El sistema siempre tiende a dar prioridad a las operaciones realizadas por el usuario; en teoría, deberíamos ver mucho menos la rueda de colores que aparece cuando el sistema está particularmente ocupado en operaciones de lectura / escritura con el disco. También será más fácil tener en cuenta la cantidad de espacio que ocupa un conjunto de carpetas: Fast Directory Sizing le permite calcular rápidamente el espacio ocupado por carpetas y subcarpetas.

Comparación de formatos de volumen

Crítica

¿Todo bien para APFS? Sí, pero las notas no faltan. Entre las críticas al nuevo sistema de archivos se encuentra la ausencia de un sistema de suma de comprobación para los datos del usuario. Se proporciona un mecanismo de suma de cheques, pero no para archivos generados por el usuario. Esta implementación, según algunos expertos, si bien implicaría para cada archivo, más espacio ocupado, permitiría implementar una secuencia de bits que, asociados al paquete transmitido, podrían usarse para verificar la integridad de cualquier archivo.

Otra de las críticas al APFS es que sigue basándose en el concepto de bloques lógicos (sectores), un mecanismo que, según algunos, ya no tiene sentido con la llegada de memorias de nueva generación como el Xpoint 3D de Intel. Los discos duros y las unidades SSD almacenan archivos en bloques lógicos variables de 512 bytes (en sistemas más antiguos) en sectores de 4K (4096 bytes).

A medida que aumentaban las unidades de disco, el tamaño de los sectores resultó ser un lastre para el diseño de unidades de disco de gran capacidad y mejorar la eficiencia de la corrección de errores. En cualquier caso, al tratarse de un sistema de archivos en desarrollo, no se puede descartar la llegada de nuevas funcionalidades en los meses y años venideros. Como hemos visto, las limitaciones anteriores de HFS se han resuelto en implementaciones posteriores.

Conclusiones

No existe un sistema de archivos perfecto y, sobre todo, no es posible crearlo en poco tiempo. Apple, aunque solo ha anunciado oficialmente APFS ahora, ha estado trabajando en el sistema durante al menos un par de años. Cupertino ha sentado las bases para un sistema de archivos que probablemente resistirá bien al menos otros 30 años. Se necesitarán muchas pruebas (Apple hipotetiza la disponibilidad en 2017, pero no nos sorprendería si decidiera mover las especificaciones definitivas aún más en el tiempo).

Cuando el nuevo sistema de archivos está disponible, se puede probar su rendimiento, confiabilidad, seguridad, etc. No está claro si el sistema de archivos estará disponible como una implementación de código abierto; en la documentación del desarrollador se indica que, por el momento, esta implementación no está disponible; no se puede descartar que Apple tenga la intención de hacer algo en este sentido. La disponibilidad de código abierto podría significar adopción o soporte incluso en sistemas operativos que no sean de Apple, acelerando y favoreciendo la adopción masiva.

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