揭秘：拯救16/32GB iPhone空間的APFS的確是神器

16GB的iPhone用戶有救了！你肯定經(jīng)常遇到手機(jī)內(nèi)存空間不足的各種提示，沒裝幾款A(yù)pp手機(jī)空間就不夠了。不過這一切都會(huì)在你升級(jí)iOS10.3的時(shí)候有所變化，因?yàn)槟銜?huì)發(fā)現(xiàn)本來不夠用的手機(jī)突然多出來了1GB以上的空間，這是為什么呢？一切皆是因?yàn)樘O果升級(jí)采用了最新的APFS文件系統(tǒng)。

究竟為什么升級(jí)iOS10.3系統(tǒng)后的APFS文件系統(tǒng)可以幫助我們節(jié)省更多的內(nèi)存呢？APFD文件系統(tǒng)又是個(gè)啥？暫且不談文件系統(tǒng)，咱們先聊一聊電子產(chǎn)品的存儲(chǔ)器。眾所周知，存儲(chǔ)器就是將你電腦，手機(jī)下載的亂七八糟的東西能夠存放的地方，用于保存信息的記憶設(shè)備。磁盤就是常用的電腦存儲(chǔ)器。磁盤分為硬盤和軟盤。而軟盤漸漸地被時(shí)代淘汰了，硬盤為當(dāng)今主要的存儲(chǔ)設(shè)備。

而硬盤又分為機(jī)械硬盤（HDD傳統(tǒng)硬盤）、固態(tài)硬盤（SSD新式硬盤）和混合硬盤（SSHD）。HDD價(jià)格低廉，壽命長，性價(jià)比高。SSD讀取速度快，價(jià)格高，但是因讀取次數(shù)有限，因而壽命要短于HDD，適合中高端游戲玩家配備的硬盤。

為何SSD讀寫速度快呢？如圖所示，一塊SSD硬盤由主控、DRAM緩存、NAND FLASH閃存組成。主控是SSD的大腦，SSD所做的東西全部都是它所控制的；DRAM緩存則是高速緩沖區(qū)，具體作用要看主控的算法而定，有些是用來放LBA表的，有些則是拿來做數(shù)據(jù)緩存的，更有些方案是沒有外置DRAM緩存，只在主控內(nèi)置了小量緩存，這樣做的目的有些是為了數(shù)據(jù)的安全性（如SandForce），有些則是為了降低成本（大多數(shù)入門級(jí)主控）；NAND閃存則是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地方，你的數(shù)據(jù)全部都存放在里面。閃存為主要存儲(chǔ)介質(zhì)，閃存的質(zhì)量可直接影響硬盤的各方面性能包括讀取速度，存儲(chǔ)大小和壽命。盡管主控的性能也可以影響硬盤的讀取速度。

因?yàn)槭謾C(jī)無法適用硬盤的安裝模式，所以安裝在智能手機(jī)上的存儲(chǔ)器只有NAND FLASH閃存了。常見的閃存類型有SLC、MLC、TLC。因?yàn)镾LC成本太高，所以大部分的智能手機(jī)配備的是MLC和TLC兩種模式。

話說回來，APFD文件系統(tǒng)中的“文件系統(tǒng)”是什么？和存儲(chǔ)器有啥關(guān)系？文件系統(tǒng)是用于明確存儲(chǔ)設(shè)備的操作系統(tǒng)，即在存儲(chǔ)設(shè)備上組織文件的方法。操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件系統(tǒng)。

簡單的來說，好比有一輛法拉利488，如果沒有一個(gè)好司機(jī)的話，是發(fā)揮不了此款車的所有性能的。所以不管是SSD、HDD還是基于手機(jī)閃存的MLC和TLC，需要一個(gè)強(qiáng)有力的文件系統(tǒng)幫助存儲(chǔ)器的推算，來引導(dǎo)它發(fā)揮最強(qiáng)的實(shí)力。

文件系統(tǒng)是基于存儲(chǔ)硬件的軟件，長達(dá)30年的時(shí)間，蘋果一直使用HFS作為產(chǎn)品的文件系統(tǒng)。HFS誕生于1985年，隨后在1998年發(fā)布的4GB硬盤版本G3 PowerMac中引入了改進(jìn)的HFS+文件系統(tǒng)。從1998年4GB容量的傳統(tǒng)HDD機(jī)械硬盤，到現(xiàn)在TB規(guī)模的SSD固態(tài)硬盤，HFS+已經(jīng)招架不住存儲(chǔ)領(lǐng)域的大量改變和創(chuàng)新。

2016年6月14日，蘋果公司在WWDC上正式宣布了全新的文件系統(tǒng)（也稱文件格式）——Apple File System（簡稱APFS）。這一全新文件系統(tǒng)專門針對閃存/SSD進(jìn)行優(yōu)化（但依然可用于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤），提供了更強(qiáng)大的加密、寫入時(shí)復(fù)制元數(shù)據(jù)、空間分享、文件和目錄克隆、快照、目錄大小快速調(diào)整、原子級(jí)安全存儲(chǔ)基元，以及改進(jìn)的文件系統(tǒng)底層技術(shù)，將全面應(yīng)用于該公司旗下所有設(shè)備中。

全新開發(fā)的APFS除了支持HFS+的全部功能外，還在以下方面有了突出的改進(jìn)：與使用32位文件ID的HFS+不同，APFS可支持64位索引節(jié)點(diǎn)（Inode）編號(hào)，借此一個(gè)卷最多可存儲(chǔ)超過900億億個(gè)文件。

HFS+只能同時(shí)對整個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的文件系統(tǒng)進(jìn)行初始化，APFS提供了一種可擴(kuò)展存儲(chǔ)塊分配程序（Extensible block allocator），可對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行延遲初始化（Lazy initialization），進(jìn)而大幅改善大容量卷的性能。

APFS支持三種模式的加密：不加密；適用于元數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)的單密鑰加密；以及適用于元數(shù)據(jù)、文件，甚至文件中特定部分的多密鑰加密。此外，APFS還包含其他改善和新功能，例如稀疏文件、改進(jìn)的TRIM操作，內(nèi)建對擴(kuò)展屬性的支持等。脫胎換骨的APFS已經(jīng)具備與BSD HAMMER、Linux btrfs或OpenZFS等現(xiàn)代化文件系統(tǒng)不相上下的功能和特性。

APFS的優(yōu)勢：

兼容性

新一代的APFD文件系統(tǒng)兼容性很強(qiáng)，小到 Apple Watch，大到Mac Pro所有iPhone設(shè)備一律兼容。

數(shù)據(jù)加密

安全與隱私是APFS的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。Apple的很多設(shè)備和操作系統(tǒng)早已具備加密功能，OS X 10.7 Lion開始提供全磁盤加密功能；iOS 4開始可通過專用數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)將每個(gè)文件使用一個(gè)專用密鑰進(jìn)行加密。APFS對這兩種功能進(jìn)行整合，為文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)提供了一種統(tǒng)一的加密模式。

加密是APFS原生支持的特性，用戶可以針對每個(gè)卷選擇下列任何一種加密方法：不加密，統(tǒng)一用一個(gè)密鑰加密，或多密鑰加密（針對每個(gè)文件使用專用密鑰加密，同時(shí)針對敏感的元數(shù)據(jù)使用一個(gè)單獨(dú)的密鑰）。多密鑰加密可確保哪怕設(shè)備物理安全受到威脅，依然可以保障用戶數(shù)據(jù)的完整性。取決于具體硬件，APFS加密可使用AES-XTS或AES-CBC算法。

這種加密機(jī)制還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)額外的功能：更為快速的數(shù)據(jù)擦除。通常情況下當(dāng)用戶從設(shè)備中刪除文件后，可以通過市面上提供的很多（免費(fèi)或收費(fèi)的）反刪除軟件找回刪掉的內(nèi)容。為避免這種情況，以往如果需要?jiǎng)h除包含機(jī)密信息的文件，或需要將存儲(chǔ)過私密數(shù)據(jù)的設(shè)備退役給他人使用，必須首先使用抹掉功能擦除存儲(chǔ)設(shè)備，并可能要將這一過程執(zhí)行多遍。取決于存儲(chǔ)設(shè)備容量，整個(gè)過程將耗費(fèi)極多時(shí)間。

對于使用APFS文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備，在啟用加密功能后，安全擦除的過程將變得大為簡便和快捷，不再需要耗費(fèi)大量時(shí)間多次給存儲(chǔ)設(shè)備填充隨機(jī)數(shù)據(jù)，只需要?jiǎng)h除加密所用的密鑰即可。