揭秘:拯救16/32GB iPhone空間的APFS的確是神器

發表於2017-04-05

16GB的iPhone使用者有救了!你肯定經常遇到手機記憶體空間不足的各種提示,沒裝幾款App手機空間就不夠了。不過這一切都會在你升級iOS10.3的時候有所變化,因為你會發現本來不夠用的手機突然多出來了1GB以上的空間,這是為什麼呢?一切皆是因為蘋果升級採用了最新的APFS檔案系統

究竟為什麼升級iOS10.3系統後的APFS檔案系統可以幫助我們節省更多的記憶體呢?APFD檔案系統又是個啥?暫且不談檔案系統,我們們先聊一聊電子產品的儲存器。眾所周知,儲存器就是將你電腦,手機下載的亂七八糟的東西能夠存放的地方,用於儲存資訊的記憶裝置。磁碟就是常用的電腦儲存器。磁碟分為硬碟和軟盤。而軟盤漸漸地被時代淘汰了,硬碟為當今主要的儲存裝置。

而硬碟又分為機械硬碟(HDD傳統硬碟)、固態硬碟(SSD新式硬碟)和混合硬碟(SSHD)。HDD價格低廉,壽命長,價效比高。SSD讀取速度快,價格高,但是因讀取次數有限,因而壽命要短於HDD,適合中高階遊戲玩家配備的硬碟。

為何SSD讀寫速度快呢?如圖所示,一塊SSD硬碟由主控、DRAM快取、NANDFLASH快閃記憶體組成。主控是SSD的大腦,SSD所做的東西全部都是它所控制的;DRAM快取則是高速緩衝區,具體作用要看主控的演算法而定,有些是用來放LBA表的,有些則是拿來做資料快取的,更有些方案是沒有外接DRAM快取,只在主控內建了小量快取,這樣做的目的有些是為了資料的安全性(如SandForce),有些則是為了降低成本(大多數入門級主控);NAND快閃記憶體則是資料儲存的地方,你的資料全部都存放在裡面。快閃記憶體為主要儲存介質,快閃記憶體的質量可直接影響硬碟的各方面效能包括讀取速度,儲存大小和壽命。儘管主控的效能也可以影響硬碟的讀取速度。

揭秘:拯救16/32GB iPhone空間的APFS的確是神器

因為手機無法適用硬碟的安裝模式,所以安裝在智慧手機上的儲存器只有NANDFLASH快閃記憶體了。常見的快閃記憶體型別有SLC、MLC、TLC。因為SLC成本太高,所以大部分的智慧手機配備的是MLC和TLC兩種模式。

話說回來,APFD檔案系統中的“檔案系統”是什麼?和儲存器有啥關係?檔案系統是用於明確儲存裝置的作業系統,即在儲存裝置上組織檔案的方法。作業系統中負責管理和儲存檔案資訊的軟體機構稱為檔案系統。

簡單的來說,好比有一輛法拉利488,如果沒有一個好司機的話,是發揮不了此款車的所有效能的。所以不管是SSD、HDD還是基於手機快閃記憶體的MLC和TLC,需要一個強有力的檔案系統幫助儲存器的推算,來引導它發揮最強的實力。 

檔案系統是基於儲存硬體的軟體,長達30年的時間,蘋果一直使用HFS作為產品的檔案系統。HFS誕生於1985年,隨後在1998年釋出的4GB硬碟版本G3PowerMac中引入了改進的HFS+檔案系統。從1998年4GB容量的傳統HDD機械硬碟,到現在TB規模的SSD固態硬碟,HFS+已經招架不住儲存領域的大量改變和創新。

2016年6月14日,蘋果公司在WWDC上正式宣佈了全新的檔案系統(也稱檔案格式)——Apple FileSystem(簡稱APFS)。這一全新檔案系統專門針對快閃記憶體/SSD進行最佳化(但依然可用於傳統機械硬碟),提供了更強大的加密、寫入時複製後設資料、空間分享、檔案和目錄克隆、快照、目錄大小快速調整、原子級安全儲存基元,以及改進的檔案系統底層技術,將全面應用於該公司旗下所有裝置中。

全新開發的APFS除了支援HFS+的全部功能外,還在以下方面有了突出的改進:與使用32位檔案ID的HFS+不同,APFS可支援64位索引節點(Inode)編號,藉此一個卷最多可儲存超過900億億個檔案。

HFS+只能同時對整個儲存裝置的檔案系統進行初始化,APFS提供了一種可擴充套件儲存塊分配程式(Extensible blockallocator),可對資料結構進行延遲初始化(Lazy initialization),進而大幅改善大容量卷的效能。

APFS支援三種模式的加密:不加密;適用於後設資料和使用者資料的單金鑰加密;以及適用於後設資料、檔案,甚至檔案中特定部分的多金鑰加密。此外,APFS還包含其他改善和新功能,例如稀疏檔案、改進的TRIM操作,內建對擴充套件屬性的支援等。脫胎換骨的APFS已經具備與BSDHAMMER、Linux btrfs或OpenZFS等現代化檔案系統不相上下的功能和特性。

APFS的優勢:

相容性

新一代的APFD檔案系統相容性很強,小到 Apple Watch,大到Mac Pro所有iPhone裝置一律相容。

資料加密

安全與隱私是APFS的設計基礎。Apple的很多裝置和作業系統早已具備加密功能,OS X 10.7 Lion開始提供全磁碟加密功能;iOS4開始可透過專用資料保護技術將每個檔案使用一個專用金鑰進行加密。APFS對這兩種功能進行整合,為檔案系統後設資料提供了一種統一的加密模式。

加密是APFS原生支援的特性,使用者可以針對每個卷選擇下列任何一種加密方法:不加密,統一用一個金鑰加密,或多金鑰加密(針對每個檔案使用專用金鑰加密,同時針對敏感的後設資料使用一個單獨的金鑰)。多金鑰加密可確保哪怕裝置物理安全受到威脅,依然可以保障使用者資料的完整性。取決於具體硬體,APFS加密可使用AES-XTS或AES-CBC演算法。

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這種加密機制還實現了一個額外的功能:更為快速的資料擦除。通常情況下當使用者從裝置中刪除檔案後,可以透過市面上提供的很多(免費或收費的)反刪除軟體找回刪掉的內容。為避免這種情況,以往如果需要刪除包含機密資訊的檔案,或需要將儲存過私密資料的裝置退役給他人使用,必須首先使用抹掉功能擦除儲存裝置,並可能要將這一過程執行多遍。取決於儲存裝置容量,整個過程將耗費極多時間。

對於使用APFS檔案系統的儲存裝置,在啟用加密功能後,安全擦除的過程將變得大為簡便和快捷,不再需要耗費大量時間多次給儲存裝置填充隨機資料,只需要刪除加密所用的金鑰即可。

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