Macのファイルシステム(Apple File System/APFS)その1
これはJAISTで受講したオペレーティングシステム特論のレポートをブログ用にchatGPTで要約してもらった
ものです。長いのでPart1・Part2にわけて投稿します！APFSの歴史
APFSは、従来のファイルシステムであるHFS+（Hierarchical File System Plus）の後継として登場しました。HFS+は1985年に最初に登場したHFSの後継であり、長い間Appleのデバイスで使われてきました。HFS+はもともとフロッピーディスクやハードディスクの時代に設計されたもので、SSDやフラッシュメモリのような現代のストレージ技術に最適化されていませんでした。そのため、HFS+はパフォーマンスやデータ管理の面で限界が見えていました。APFSはこの問題に対応するために開発され、特にSSDの特徴を活かしつつ、効率的かつ安全なデータ管理を実現しています。
ストレージ管理の進化
APFSにおけるストレージ管理は、特にCopy on Write（CoW）技術とスナップショット機能によって大幅に向上しています。Copy on Writeは、ファイルを変更する際に元のデータをそのまま保持し、新しいデータを書き込む際に別の場所に保存するため、データ破損のリスクを軽減します。これにより、特にバックアップや複数バージョン管理が求められる環境での信頼性が向上します。
さらに、スナップショット機能により、システム全体の状態を特定の時点で保存し、データの復元やバックアップが容易に行えます。スナップショットはディスクスペースをほとんど消費せず、システムの状態をすばやく保存できるため、トラブルシューティングや誤操作からの復元に非常に有効です。これにより、システム障害が発生した場合でも、以前の状態に戻すことが可能です。
APFSはまた、スペース共有という技術を採用しており、複数のボリュームが同じストレージコンテナを共有し、動的にストレージ容量を割り当てることが可能です。この機能により、ストレージ容量の無駄を最小限に抑え、より効率的なデータ管理が可能になります。
APFSがSSDに最適化されている理由
APFSは、SSDの特性に合わせて最適化されています。SSDは従来のハードディスクドライブ（HDD）とは異なり、データの読み書きがランダムアクセスに強く、物理的なディスクの回転やヘッドの移動が不要なため、ランダムなデータアクセスが高速です。しかし、SSDには書き込み回数に制限があるため、無駄な書き込みを最小限に抑える必要があります。
APFSのCopy on Write（CoW）機能は、データが変更される際に、元のデータを保持したまま新しいデータを別の場所に書き込むため、SSDのセルへの書き込み回数を減らすことができます。これにより、SSDの寿命を延ばし、データの一貫性も確保されます。また、APFSはフラッシュメモリのページサイズに合わせた最適化が施されており、これによりストレージのパフォーマンスが向上しています。
SSDはディスク断片化の影響を受けにくいですが、APFSは連続した書き込みの効率化も考慮しているため、大容量のデータでも効果的に管理できます。これらの要素により、APFSはSSDに最適化されたファイルシステムとして、性能や信頼性の向上を実現しています。
HFS+との比較
HFS+は、SSDなどの新しいストレージ技術に最適化されておらず、パフォーマンスや信頼性の面で限界がありました。特に、ファイルの断片化やデータの整合性を保つための仕組みが不足していました。一方、APFSは現代のストレージ技術に対応しており、書き込み速度や読み取り効率が大幅に改善されています。Copy on Write技術やスナップショットの導入により、ファイルの整合性を維持しつつ、より柔軟なデータ管理が実現しています。
参考文献
1.Apple Developer Documentation "File System Basics." Apple Developer Documentation.https://developer.apple.com/library/archive/documentation/FileManagement/Conceptual/FileSystemProgrammingGuide/FileSystemOverview/FileSystemOverview.html
2.Apple Developer Documentation "About Apple File System." Apple Developer Documentation.
https://developer.apple.com/documentation/foundation/file_system/about_apple_file_system/
3.Apple Support "Macのシステム整合性保護について." Apple Support.
https://support.apple.com/ja-jp/102149
4.WWDC 2016 Presentation "Introducing Apple File System." Apple WWDC 2016 Presentation.
https://devstreaming-cdn.apple.com/videos/wwdc/2016/701q0pnn0ietcautcrv/701/701_introducing_apple_file_system.pdf
5.Buffalo Inc. "【かんたん解説】SSDとは？HDDとの違いは？" Buffalo Inc.
https://www.buffalo.jp/topics/select/detail/ssdhdd.html
6. Impress Watch"理解してる？Macのフォーマット「APFS」のメリット/デメリット." Impress Watch.
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/macinfo/1370312.html
7.マイナビブックス "UTIって何？どういった点が便利になるの？" マイナビブックス.
https://macfan.book.mynavi.jp/article/m54064/