Por dentro do APFS, o novo sistema de arquivos da Apple


Há algumas semanas, numa aparentemente inofensiva sessão da WWDC 2016, veio à tona uma novidade extremamente aguardada por usuários avançados, profissionais da área e entusiastas em geral: o Apple File System, mais conhecido como APFS.

O novo sistema de arquivos desenvolvido pela Maçã traz uma série de novidades relacionadas a recursos, velocidade e segurança. Eis o que a própria Apple disse sobre ele na apresentação da sua sessão na WWDC:

O Apple File System (APFS) é uma nova geração de sistema de arquivos desenhado para se adaptar do Apple Watch ao Mac Pro. O APFS é otimizado para armazenamento em flash/SSD, e projetado com a criptografia como recurso primário.

Tudo muito bonito, mas não muito detalhado, concordam? Pois agora chegou o momento de analisarmos mais profundamente tudo de novo que o APFS trará e o que essa mudança significa, na prática, para todos os usuários — até mesmo aqueles que não fazem a mínima ideia do que significa um sistema de arquivos.

iCloud Drive do macOS Sierra num MacBook ao lado do app rodando em iPad e iPhone

Comecemos, como de costume, com um breve histórico para situarmo-nos no contexto: pelos últimos 18 anos, o sistema de arquivos usado pela Apple é o HFS+1 — por sua vez, uma espécie de “nova versão” do HFS, um sistema criado há mais de 30 anos. Isto significa, claro, que o HFS+ possui uma série de deficiências no que tange a funcionalidades: ele foi projetado para volumes com capacidades centenas de vezes menores, em discos rígidos que atingiam velocidades ridiculamente menores se comparadas com as de hoje em dia. Ele não possui um bocado de recursos modernos e utilizados por profissionais da área — nem mesmo é sensível a capitalização das letras. Ele é, em uma palavra, ultrapassado — embora ainda sirva bem o seu propósito.

A razão por trás de a Apple limar o HFS+ completamente e construir um novo sistema basicamente do zero tem a ver, muito provavelmente, com o fato de que seria muito mais dispendioso — tanto em termos de dinheiro como de energia — passar o resto dos tempos trabalhando em pequenas melhorias no sistema (agora) moribundo. Chegamos, então, ao APFS.

O Apple File System já está disponível, como uma prévia, no macOS Sierra beta. Esta versão inicial, entretanto, ainda não oferece muitas funções: é possível criar um volume no novo formato, mas este não pode ser usado como disco de inicialização, nem suporta os Fusion Drives (que equipam iMacs e Macs mini) ou o Time Machine — ou seja, é basicamente uma coisa para testes bem básicos. Isso, entretanto, já nos revela uma série de coisas interessantes.

A primeira grande “face” do APFS, como largamente publicitado pela Apple, é a segurança. A grande coisa aqui é que o sistema adota a criptografia como parte do seu próprio núcleo, ou seja, já como padrão do sistema. A título de comparação, o HFS+ exigia uma solução “por cima” do sistema para criptografar arquivos — no caso do OS X, o velho FileVault —, o que é obviamente menos confiável. No APFS, são três principais opções de proteção oferecidas: 1. não-criptografado; 2. com uma chave única para metadados e dados do usuário, ou; 3. com múltiplas chaves e opções individuais para metadados, arquivos ou mesmos seções de um arquivo — muito útil, por exemplo, para dispositivos móveis em que todos os dados são criptografados.

Apple File SystemA outra grande novidade do novo sistema está relacionada, é claro, a velocidade: o APFS foi projetado especialmente para as taxas de transferência vertiginosas dos drives em flash e SSDs que estão começando a virar padrões no mundo computacional.

Alguns dos recursos relacionados à velocidade de operação incluem o Fast Directory Sizing, que possibilita que o sistema calcule o espaço usado por uma pasta e todos os seus conteúdos uma única vez e apenas atualize essa informação conforme coisas entram e saem — assim, é sempre possível checar o tamanho de uma pasta instantaneamente; a Clonagem Instantânea traz do ZFS2 a capacidade de clonar instantaneamente qualquer arquivo ou pasta sem que a cópia ocupe o mesmo espaço do original — apenas as mudanças realizadas na duplicata ocupam espaço, com o núcleo do arquivo mantido apenas na primeira.

A Clonagem Instantânea só é possível graças ao suporte no APFS aos Arquivos Esparsos (Sparse files), que são um tipo de arquivo digital que usa o espaço disponível de forma mais eficiente por escrever suas informações mais básicas em metadados em vez de ocupar blocos inteiros do volume com seus dados completos. Ao ler este tipo de arquivo, o sistema simplesmente completa esses metadados com os dados “comuns”, sem acarretar nenhuma perda de performance. O espaço é aproveitado de uma forma muito mais inteligente.

Aproveitamento de espaço é, também, a tônica principal de outro recurso muito interessante: o Compartilhamento de espaço permite que dois volumes APFS (por exemplo, o do sistema principal e o de uma máquina virtual) colaborem com o espaço um do outro — em outras palavras, um volume carente de espaço pode pegar “emprestado” do outro para uma tarefa crítica, por exemplo. Com isso, o caráter imóvel e intransponível das partições em HFS+ e outros sistemas de arquivo atuais ficará pra trás.

Outro dos recursos mais requisitados pelos desenvolvedores no novo sistema de arquivos da Apple é o de Snapshots. Um snapshot é, grosso modo, o estado de um sistema em um ponto específico de tempo, disponível para apenas leitura; com eles, é possível realizar backups e restaurações de forma muito mais rápida, uma vez que apenas as mudanças registradas entre o último e o próximo snapshot precisam ser salvas e aplicadas, não o volume inteiro. Sistemas compartilhados, como nas empresas e instituições de ensino, também se beneficiarão com a novidade.

Time Machine rodando em um MacBook Air

Falando em restaurações, o próximo ponto da nossa lista de novidades é o suporte aos Timestamps por nanossegundo. Para isso, vamos voltar ao HFS+: ele é capaz de marcar a data e a hora de um determinado arquivo com precisão de um segundo. Com o novo recurso do APFS, essa marcação ocorre com a precisão de um nanossegundo; em outras palavras, combinando isso à capacidade de clonagem instantânea, teremos acesso a backups muito mais sofisticados, com opções quase infinitas. O Time Machine se beneficiará, e como, desta novidade.

Por falar em data e hora de arquivos, aliás, mais um benefício enorme do APFS se você pretende usar o seu mesmo Mac pelos próximos 25 anos: por uma série de especificidades técnicas, o HFS+ só suporta a classificação de arquivos até 6 de fevereiro de 2040, enquanto o Apple File System não tem uma data terminal. Ah, também é bom notar que o APFS suporta nomeação de arquivos em 64 bits (contra os 32 bits do HFS+) e é sensível à capitalização de letras, elevando para mais de cinco quintilhões o número máximo de arquivos no mesmo volume.

A integridade do volume, do sistema e dos arquivos também é um grande foco do APFS. Exemplo disso é a introdução de um recurso há muito solicitado pelos experts da área: as Somas de verificação (Checksums). Elas servem para contar o número de bits no início e no fim da transmissão de dados específica, e comparar estes números para verificar se a transferência foi finalizada da forma correta. Desta forma, o sistema fica muito mais imune a corrompimentos e falhas em geral.

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Findada a lista de novidades — pelo menos as que nós já conhecemos, é bom lembrar —, fica a pergunta: como ocorrerá a migração de um sistema de arquivos para outro completamente diferente? Felizmente, a Apple já pensou nisso tudo e nós, usuários, não teremos que mover uma palha sequer. Mais ou menos como aconteceu no mundo do Windows com a transição do FAT3 pro NTFS4, o que essa troca fará é simplesmente criar novos metadados dentro do espaço livre do volume HFS+ e, a partir daí, converter tudo pro APFS. Tudo fica exatamente onde está, e o sistema é — ao menos em teoria — totalmente à prova de falhas.

O plano da Maçã é que, em 18 meses, o Apple File System já seja padrão em todos os seus dispositivos — como diz ela mesma, do Apple Watch ao Mac Pro.

Claro que, como toda introdução de um novo sistema de arquivos, problemas de compatibilidade poderão surgir no caminho — como já acontece, por exemplo, quando queremos usar um HDD externo no Windows e no Mac. A Apple terá também que criar um driver específico do APFS para Windows, para que o Boot Camp continue a funcionar. São coisas, entretanto, menores frente os benefícios inegáveis que a introdução do novo sistema (relacionados a velocidade, segurança, integridade e tudo mais) trará aos milhões de usuários de Macs e iGadgets pelo mundo.

Que ele não tarde a se consolidar!

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