APFS là gì? Tính năng nổi bật của APFS

Apple File System (APFS) hiện là hệ thống tệp tin chính trên các máy Mac, được giới thiệu lần đầu vào năm 2017 cùng với iOS 10.3. APFS được phát triển để thế chỗ HFS+ và quá trình chuyển đổi đã diễn ra mượt mà, một phần nhờ vào những cải tiến mà APFS mang lại. Bạn có thể thắc mắc, APFS là gì và nó có ưu, nhược điểm gì? Bài viết này PCMag sẽ khám phá hệ thống tệp tin này, bao gồm cả các định dạng tệp tin khác nhau mà nó hỗ trợ.

APFS là gì?

APFS viết tắt của Apple File System là hệ thống tệp được Apple tạo ra cho các thiết bị sử dụng hệ điều hành macOS, iOS, tvOS và watchOS. Lần đầu tiên được công bố vào năm 2016, APFS nhằm thế chỗ cho hệ thống tệp HFS+ cũ.

APFS được tạo ra nhằm nâng cao hiệu quả, bảo mật và khả năng mở rộng của hệ thống tệp. Nó bao gồm hỗ trợ cho các tính năng mới như mã hóa đầu cuối, tạo bản chụp nhanh (snapshot), và quản lý không gian lưu trữ một cách thông minh. Đặc biệt, APFS mang lại lợi ích cho các thiết bị di động với khả năng quản lý không gian lưu trữ hiệu quả và sự tương thích tốt với công nghệ lưu trữ flash.

Lịch sử phát triển của APFS

Quá trình chuyển đổi từ HFS sang HFS+ và sau đó từ HFS+ sang APFS bởi Apple mang tính chất cách mạng. Định dạng APFS, khi được giới thiệu, đã giải quyết được nhiều hạn chế của phiên bản tiền nhiệm, bao gồm cả vấn đề thiếu dấu thời gian nano giây. HFS+ gặp phải một số vấn đề nghiêm trọng như việc nhiều tiến trình có thể cùng lúc truy cập vào hệ thống tệp, làm ảnh hưởng đến bảo mật và quyền riêng tư.

Apple File System đã thành công trong việc khắc phục những thách thức này, tương tự như cách HFS+ đã cải thiện so với HFS. Một trong những khuyết điểm lớn của HFS là một tệp có thể chiếm dụng toàn bộ không gian khối được phân bổ, điều này thúc đẩy Apple chia nhỏ ổ cứng thành nhiều phân vùng nhỏ hơn.

APFS được công bố vào năm 2016 trong sự kiện dành cho các nhà phát triển của Apple và chính thức ra mắt lần đầu vào tháng 3 năm 2017 cho các thiết bị iOS chạy bản 64-bit.

Kiến trúc của APFS

Cấu trúc của APFS được xây dựng dựa trên những thành phần cơ bản sau:

• Container: Để quản lý không gian lưu trữ, APFS áp dụng khái niệm về container, đó là một phân vùng vật lý hoặc ổ đĩa ảo có khả năng bao gồm nhiều APFS volumes.
• Volumes: Trong mỗi container có thể tồn tại nhiều volumes. Các volume này hoạt động như những phân vùng độc lập trên đĩa cứng trong HFS+, mỗi volume vận hành như một hệ thống tệp riêng biệt với các đặc tính và cấu trúc độc lập.
• Namespace: Namespace được dùng để quản lý và sắp xếp các tệp và thư mục trong APFS, giúp tạo ra các không gian lưu trữ riêng biệt cho việc tổ chức và quản lý dữ liệu. Mỗi namespace trong APFS có thể được coi như một đơn vị lưu trữ độc lập, chứa các tệp và thư mục riêng. Các namespace này giúp phân chia và quản lý không gian lưu trữ một cách linh hoạt trong hệ thống tệp.

Tính tương thích của APFS

*macOS Sierra, khi thử nghiệm phiên bản APFS, đã gặp khó khăn với ngôn ngữ không phải tiếng Anh và đối mặt với vấn đề trong việc chuẩn hóa Unicode.

Những tính năng nổi bật của APFS

Tối ưu hóa cho Flash và SSD

Hầu hết máy tính hiện đại đã chuyển sang sử dụng ổ đĩa SSD. Apple đã nhận thức được xu hướng này và đã tinh chỉnh APFS để đảm bảo hiệu suất tối ưu khi làm việc với công nghệ lưu trữ Flash và SSD.

Lệnh TRIM

TRIM là tính năng cho phép hệ điều hành thông báo cho ổ SSD khi các tệp và trang dữ liệu liên quan được xóa, cần được đánh dấu là sẵn sàng để ghi dữ liệu mới. Nhờ TRIM, hiệu suất của ổ SSD được cải thiện và việc quản lý bộ nhớ trở nên hiệu quả hơn.

Atomic Safe Save

Trong đa số các máy tính cũ, nếu người dùng đang chỉnh sửa một file và máy tính đột ngột bị tắt, dữ liệu đang được sửa đổi cũng như file gốc có thể sẽ bị hỏng hoặc biến mất. Nhưng với tính năng Atomic Safe Save, máy tính sẽ không thực hiện việc lưu bất kỳ thông tin nào cho đến khi việc chỉnh sửa được hoàn tất đầy đủ, nhằm ngăn chặn tình trạng file bị hỏng hoặc thất lạc.

Futureproofing

APFS có khả năng hỗ trợ inode 64-bit và cho phép lưu trữ hơn 9 triệu tệp trong một ổ đĩa. Inode đại diện cho một cấu trúc dữ liệu mô tả các đối tượng trong hệ thống như tệp tin hoặc thư mục.

Clones

Chức năng này cho phép tạo bản sao của tệp tin hoặc thư mục mà không cần phải sao chép thực sự dữ liệu. Thay vào đó, nó tạo ra các bản sao với các liên kết đến dữ liệu gốc, giúp giảm lượng không gian lưu trữ cần thiết và tăng cường tốc độ sao chép và di chuyển dữ liệu.

Trong APFS, khi sao chép một tệp tin hoặc thư mục, hệ thống sẽ tạo ra một clone. Clone này chia sẻ cùng dữ liệu gốc với bản gốc. Nếu có thay đổi trên một trong các bản sao, chỉ phần dữ liệu được sửa đổi mới được lưu lại; phần còn lại vẫn được giữ chung giữa chúng.

Nhờ vào tính năng clone của APFS, việc sao chép và di chuyển dữ liệu trở nên nhanh chóng hơn, đồng thời giảm thiểu không gian lưu trữ cần thiết, đặc biệt khi tạo nhiều bản sao cho cùng một tệp tin hoặc thư mục.

Partition scheme

Khái niệm về lược đồ phân vùng liên quan đến việc phân chia và quản lý các phân vùng trên một ổ cứng. APFS tương thích với các lược đồ phân vùng sau:

• GUID Partition Table (GPT): Đây là lược đồ phân vùng được ưa chuộng trên máy Mac, cho phép tạo nhiều phân vùng trên ổ đĩa và hỗ trợ ổ đĩa có dung lượng lớn.
• Master Boot Record (MBR): Là lược đồ phân vùng cổ điển, MBR có hạn chế về dung lượng ổ đĩa lớn và số lượng phân vùng có thể tạo. APFS cung cấp hỗ trợ cho MBR để đảm bảo tương thích với hệ thống và hệ điều hành cũ hơn.
• Apple Partition Map (APM): Phương pháp này thường được sử dụng trên các máy Mac đời cũ. Tuy nhiên, APFS không hỗ trợ APM và khuyến khích sử dụng GPT làm lựa chọn thay thế.

Lược đồ phân vùng xác định cách một ổ đĩa được phân chia và quản lý, đồng thời ảnh hưởng đến khả năng tương thích với các hệ thống khác nhau. Khi thiết lập phân vùng trên APFS, người dùng có thể chọn lược đồ phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng của bạn.

Snapshots

Snapshot là tính năng cho phép tạo ra bản chụp nhanh của hệ thống tệp tại một thời điểm xác định, hoạt động như một bản sao chỉ để đọc của hệ thống tệp đó. Chức năng này giúp bảo vệ dữ liệu và hỗ trợ việc khôi phục hệ thống về một trạng thái trước đó một cách dễ dàng. Các điểm nổi bật của snapshot trong APFS bao gồm:

• Bảo vệ Dữ liệu: Snapshot đóng vai trò như một lớp bảo vệ dữ liệu trước những sự cố như việc xóa nhầm tệp, sự cố hệ thống, hay các cuộc tấn công bởi malware. Mọi thay đổi sau khi tạo snapshot đều không ảnh hưởng đến bản sao này.
• Khôi phục Dữ liệu: Tính năng này cho phép khôi phục hệ thống tệp về trạng thái cũ mà không cần đến các công cụ khôi phục phức tạp hoặc bản sao lưu.
• Hiệu suất Cao: Việc tạo snapshot trên APFS diễn ra nhanh chóng và không chiếm dụng nhiều không gian lưu trữ, vì nó chỉ lưu lại những thay đổi so với trạng thái trước, giúp tiết kiệm dung lượng.
• Quản lý Dễ dàng: APFS cung cấp công cụ để quản lý snapshot một cách thuận tiện, bao gồm việc tạo mới, xóa bỏ, và quản lý các bản sao. Các thao tác này có thể được thực hiện thông qua giao diện người dùng hoặc lệnh dòng lệnh.

Nhờ vào snapshot, APFS nâng cao khả năng bảo mật và khôi phục dữ liệu cho hệ thống tệp, đem lại sự an tâm cho người dùng.

Encryption

Trong Apple File System (APFS), tính năng mã hóa được tích hợp ngay tại cốt lõi của hệ thống để đảm bảo an toàn cho dữ liệu lưu trữ trên ổ đĩa. APFS mang đến khả năng mã hóa dữ liệu cả ở cấp độ tệp tin lẻ lẻ và toàn bộ hệ thống tệp tin.

Ở cấp độ tệp tin, người dùng có khả năng mã hóa từng tệp tin độc lập bằng việc áp dụng khóa mã hóa riêng biệt cho mỗi tệp, cho phép bảo vệ thông tin quan trọng mà không cần phải mã hóa toàn bộ ổ đĩa.

Về phần mã hóa toàn bộ hệ thống tệp tin, APFS cho phép mã hóa toàn bộ nội dung của ổ đĩa hoặc phân vùng sử dụng một khóa mã hóa chung. Điều này đảm bảo rằng mọi tệp tin và thư mục trong ổ đĩa hoặc phân vùng đều được bảo vệ an toàn dưới lớp mã hóa.

APFS sử dụng thuật toán AES-XTS (Advanced Encryption Standard – XEX-based Tweaked Codebook Mode with Cipher-Text Stealing) để mã hóa, một tiêu chuẩn mã hóa cao cấp với độ an toàn cao, được công nhận và sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để bảo vệ dữ liệu.

Sử dụng tính năng mã hóa của APFS đảm bảo dữ liệu của bạn được bảo vệ một cách tối đa, không cho phép truy cập trái phép nếu không có khóa mã hóa phù hợp.

Space sharing

Chức năng chia sẻ không gian lưu trữ trong hệ thống tệp cho phép các thư mục và tập tin dùng chung không gian lưu trữ, giúp loại bỏ nhu cầu phải phân bổ một lượng không gian cố định cho mỗi thư mục. Thay vào đó, chức năng này cho phép không gian được phân bổ một cách linh hoạt, tùy theo yêu cầu thực tế của dữ liệu trong hệ thống.

Với việc áp dụng chức năng chia sẻ không gian, không gian lưu trữ trống có thể được sử dụng một cách hiệu quả bởi bất kỳ tập tin hoặc thư mục nào, từ đó cải thiện việc sử dụng không gian và giảm bớt lượng không gian bị lãng phí.

Chức năng này cũng hỗ trợ việc tạo clone cho tập tin hoặc thư mục, nơi các bản sao chỉ lưu giữ những thay đổi so với bản gốc, mà không cần phải sao chép lại toàn bộ nội dung. Điều này không những giúp tiết kiệm không gian lưu trữ mà còn tăng hiệu suất trong việc sao chép và di chuyển dữ liệu.

Nhờ tính năng chia sẻ không gian của APFS, quản lý không gian lưu trữ trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn, tối ưu hóa việc sử dụng không gian trong hệ thống tệp.

Crash protection

Tính năng bảo vệ dữ liệu khỏi sự cố, hay crash protection, là một chức năng được thiết kế để ngăn chặn mất mát dữ liệu trong trường hợp hệ thống gặp sự cố nghiêm trọng hoặc bị ngưng hoạt động đột ngột. Đây là một phần quan trọng giúp bảo đảm an toàn, tính toàn vẹn, và khả năng phục hồi của dữ liệu.

Trong quá trình ghi dữ liệu trên APFS, hệ thống áp dụng một phương pháp gọi là copy-on-write (sao chép trước khi ghi), nhằm đảm bảo dữ liệu ban đầu không bị thay đổi trực tiếp. Thực hiện việc này bằng cách tạo ra một bản sao mới của dữ liệu và ghi nó vào một vị trí khác trên đĩa. Khi việc ghi hoàn thành, hệ thống cập nhật metadata để trỏ đến bản sao mới.

Nhờ vào phương pháp này, ngay cả khi hệ thống gặp sự cố hoặc bị crash, dữ liệu gốc vẫn được bảo toàn và không bị tổn hại. Sử dụng metadata, hệ thống có khả năng phục hồi dữ liệu và duy trì tính toàn vẹn của nó.

Bằng việc tích hợp tính năng bảo vệ dữ liệu khỏi sự cố vào APFS, dữ liệu được bảo vệ an toàn trước nguy cơ mất mát hoặc hư hỏng, đồng thời tăng cường khả năng phục hồi dữ liệu hiệu quả.

Sparse files

Tính năng tệp tin thưa thớt (sparse files) trong hệ thống tệp cho phép tạo ra các tệp tin mà chỉ chiếm dụng không gian lưu trữ cho những phần dữ liệu mà thực sự được lưu trữ. Khi một sparse files được tạo, chỉ những phần dữ liệu cụ thể được ghi vào đĩa là cần chiếm không gian, còn những phần không chứa dữ liệu sẽ được đánh dấu là thưa thớt và không sử dụng không gian lưu trữ.

Lợi ích của tính năng này là tiết kiệm được không gian lưu trữ đáng kể cho các tệp tin có kích thước lớn mà thực tế chỉ sử dụng một lượng nhỏ dữ liệu. Điều này đặc biệt hữu ích cho việc lưu trữ các tệp hình ảnh, video lớn có nhiều phần không chứa dữ liệu.

Với hỗ trợ từ APFS, các sparse files còn cho phép điều chỉnh kích thước một cách linh hoạt, chỉ thêm không gian lưu trữ khi cần thiết cho dữ liệu mới. Điều này giúp tối ưu hóa việc quản lý không gian lưu trữ và hỗ trợ hiệu quả cho việc xử lý các tệp tin với kích thước biến đổi.

Các định dạng APFS

Apple File System bao gồm 4 phiên bản định dạng khác nhau, mỗi phiên bản cung cấp một cấp độ bảo mật đặc trưng.

Ưu nhược điểm của APFS