Wat is HFS+?

Bestandssystemen organiseren hoe gegevens worden opgeslagen en opgehaald op opslagapparaten. HFS+ is een voorbeeld van een bestandssysteem die beheert hoe informatie wordt gerangschikt en benaderd, specifiek binnen Apple-computeromgevingen. Het werd geïntroduceerd om beperkingen aan te pakken die werden aangetroffen in oudere bestandssysteemformaten en bevat verbeterde functies voor het verwerken van grote hoeveelheden gegevens.

HFS+ staat voor Hierarchical File System Plus. Het is een verbeterde versie van het originele Hierarchical File System (HFS) dat door Apple is ontworpen. HFS+ werd in 1998 samen met Mac OS 8.1 geïntroduceerd als een robuustere oplossing voor harde schijf organisatie, verbeterde toewijzing van grote opslagvolumes en efficiënter bestandsbeheer. Het gebruikt een B-tree-gebaseerde data structuur voor betere directories en bestand metadataHet systeem integreert ook uitgebreide kenmerken, Unicode-bestandsbenaming en journaling-mogelijkheden om corruptie risico's tijdens onverwachte afsluitingen of crashes.

Waarvoor wordt HFS+ gebruikt?

HFS+ staat bekend om het verwerken van grotere filet De bestandsgrootte is vergeleken met zijn voorganger verbeterd, het ophalen van gegevens is efficiënter en de integriteit van bestanden blijft behouden door middel van journaling.

Dit zijn de primaire doelen van HFS+:

Het beheren van schijfpartities op oudere en nalatenschap Mac-computers.
Het opslaan en ophalen van grote bestanden in macOS-omgevingen (vooral vóór de introductie van Apple File System (APFS).
Biedt achterwaartse compatibiliteit met oudere Mac besturingssystemen.
Biedt een logboekfunctie om consistentie te behouden bij stroomuitval of onverwachte herstarts.

Welk besturingssysteem gebruikt het bestandssysteem HFS+?

HFS+ is al jaren gekoppeld aan Apple's besturingssystemen. Eerdere versies van macOS en bepaalde Apple-gerelateerde systemen waren sterk afhankelijk van HFS+ voordat APFS de standaard werd.

Hier is een lijst met besturingssystemen die HFS+ hebben geïmplementeerd:

Mac OS 8.1 tot en met Mac OS 9.
macOS-versies (voorheen OS X) tot en met macOS High Sierra (gedeeltelijke overgang naar APFS begon rond macOS Sierra voor solid-state drives).
macOS-herstelpartities op oudere macOS-releases.
iPod-software (klassieke iPod-modellen gebruiken HFS+ bij montage op macOS).

HFS+ Structuur

Dit zijn de belangrijkste elementen van de HFS+-structuur:

Volumekoptekst. Bevat fundamentele details over het volume, zoals de blokgrootte, het totale aantal bestanden en verwijzingen naar andere kritieke structuren. Het dient als het primaire toegangspunt voor systeemhulpprogramma's die het bestandssysteem analyseren of repareren.
Toewijzingsbestand. Identificeert welke blokken op het opslagmedium al bezet zijn en welke beschikbaar zijn voor nieuwe gegevens. Het functioneert als een kaart voor vrije en in gebruik zijnde schijfruimte, waardoor het systeem geschikte blokken kan vinden voor bestandsgroei en het maken van nieuwe bestanden.
Catalogusbestand. Implementeert een B-tree die bestand- en map informatie. Vermeldingen omvatten bestandsnamen, bestands-ID's en hun hiërarchische relaties. Het gebruik van een B-tree-structuur versnelt zoek-, invoeg- en verwijderingstaken, wat cruciaal is voor het behouden van efficiënte prestaties op grotere volumes.
Bestand met overloop van extensies. Slaat gedetailleerde informatie op over bestandsomvang wanneer een bestand te groot of te gefragmenteerd wordt om volledig te worden beschreven in de hoofdcatalogus. Omdat deze overflow-records ook via een B-tree worden georganiseerd, blijven opzoektijden voorspelbaar en beheersbaar.
Attributenbestand. Behoudt uitgebreide metadata-attributen die aan bestanden zijn gekoppeld, zoals toepassing-specifieke gegevens, aangepaste pictogrammen en door de gebruiker gedefinieerde tags. Door uitgebreide kenmerken te isoleren in een speciaal bestand, behoudt HFS+ een schone scheiding tussen kerngegevens en aanvullende metagegevens.
Opstartbestand. Helpt bij laarsje processen onder bepaalde oudere Mac-configuraties. Het kan code of systeemspecifieke informatie bevatten die nodig is om oudere Mac-besturingssystemen te starten of de compatibiliteit met speciale hardware.

Kenmerken van HFS+

HFS+ omvat meerdere technische componenten die de efficiëntie verbeteren, data-integriteit, en compatibiliteit binnen Apple-centrische ecosystemen. Dit zijn de belangrijkste kenmerken:

Journaling

Journaling in HFS+ houdt wijzigingen bij in de metagegevens van het bestandssysteem, zoals directory updates en bestandstoewijzingsinformatie. Het journaal wordt opgeslagen als een doorlopend logboek van metadatabewerkingen, waaronder bestandscreaties, verwijderingen en hernoemingen.

Journaling zorgt voor consistentie door onvolledige transacties opnieuw af te spelen of te verwijderen als het systeem uitvalt, kernel paniek, of er treedt stroomverlies op. Het journaal zelf wordt bijgehouden in een speciaal gebied op het opslagapparaat, waardoor HFS+ de integriteit van bestandssysteemstructuren kan valideren wanneer het systeem opnieuw wordt opgestart.

Deze journalingfunctie helpt bij het verminderen van schijfbeschadiging en vereenvoudigt het proces van bestandssysteemherstel, omdat het de noodzaak van tijdrovende scans van de gehele schijf wegneemt.

Unicode-ondersteuning

HFS+ ondersteunt Unicode-gebaseerde bestandsnamen, waardoor een breed scala aan tekens uit verschillende schrijfsystemen mogelijk is. Deze Unicode-ondersteuning is geschikt voor talen die niet-Latijnse scripts gebruiken, zoals Chinees, Japans, Arabisch en Cyrillisch, evenals uitgebreide symbolen en diakritische tekens.

De adoptie van op Unicode gebaseerde bestandsnamen verwijdert veel van de naamgevingsbeperkingen die in oudere bestandssystemen voorkomen, waardoor meertalige naamgevingsconventies en speciale tekens mogelijk worden. Unicode-compliance zorgt ervoor dat bestanden consistente naamgeving behouden in verschillende softwareomgevingen die afhankelijk zijn van Unicode-tekenverwerking.

Ondersteuning voor grote bestanden en volumes

HFS+ biedt de mogelijkheid om grote bestandsgroottes en schijfvolumes effectiever te verwerken dan zijn voorganger, HFS. Deze verbetering wordt toegeschreven aan het gebruik van 32-beetje toewijzingsmapping, die een bredere capaciteit biedt dan de oorspronkelijke 16-bitsbenadering die door HFS werd gebruikt.

De theoretische maximale volumegrootte van HFS+ bereikt meerdere terabytes, waardoor moderne opslagapparaten volledig kunnen worden benut zonder de door het bestandssysteem opgelegde limieten te raken. Efficiënte bloktoewijzingsstrategieën verbeteren de prestaties verder door de kans op vroege bestandsfragmentatie te verkleinen. Grote bestandsverwerking stelt HFS+ in staat om media met een hoge resolutie, complexe softwarebibliotheken en substantiële gegevensarchieven op te slaan zonder dat er extra partitionering nodig is.

Uitgebreide attributen

Uitgebreide kenmerken in HFS+ bieden een mechanisme voor het koppelen van extra metadata aan bestanden en mappen. Deze metadata kan informatie bevatten zoals systeemspecifieke labels, applicatie-instellingen en aangepaste pictogramgegevens. Uitgebreide kenmerken bestaan naast de traditionele data fork en resource fork die te vinden zijn in klassieke macOS-bestandsstructuren.

Door deze aanvullende gegevenscomponenten op te slaan, kunnen gespecialiseerde applicaties en het macOS-besturingssysteem ingewikkelde bestandseigenschappen onderhouden zonder de directorylijsten of bestandsnamen te vervuilen. Door deze hulpgegevens te scheiden, ondersteunt HFS+ geavanceerdere bestandslabels en geavanceerde applicatieworkflows.

Wat zijn de voordelen van HFS+

Hieronder vindt u de voordelen van HFS+.

Betrouwbaarheid door middel van journaling

Journaling verhoogt de betrouwbaarheid door metadatawijzigingen op te nemen in een afzonderlijk gebied van de schijf. Dit proces vermindert het risico op datacorruptie veroorzaakt door abrupte onderbrekingen of stroomstoringen. Wanneer het systeem opnieuw opstart, raadpleegt HFS+ het journaal om onvolledige bewerkingen te verzoenen, wat garandeert dat bestandsdirectory's, toewijzingstabellen en andere structurele elementen consistent blijven.

Snellere hersteltijden worden gerealiseerd omdat het systeem een beknopt logbestand analyseert in plaats van het hele bestandssysteem te scannen op fouten. Deze betrouwbaarheid is met name gunstig in omgevingen waar uptime en de veiligheid van gegevens zijn van cruciaal belang.

Efficiënte B-Tree-implementatie

Een fundamentele ontwerpkeuze in HFS+ is het gebruik van B-tree-structuren voor het beheren van belangrijke bestandssysteemcomponenten, zoals het catalogusbestand en het Extents Overflow-bestand.

Het catalogusbestand onderhoudt hiërarchische relaties tussen bestanden en mappen, en slaat vermeldingen op die verwijzen naar locaties, bestandsnamen en unieke ID's. Het Extents Overflow-bestand bewaart details over bestandsfragmenten of extents die niet in de primaire catalogusvermelding passen.

B-tree indexering stroomlijnt handelingen zoals het zoeken, invoegen en verwijderen van bestanden door data te organiseren in een gebalanceerde, zelfoptimaliserende structuur. Deze strategie verlaagt de ophaaltijden, versnelt metadata-updates en draagt bij aan de algehele efficiëntie van het bestandssysteem.

Grote volumeverwerking

HFS+ pakt volumegroottebeperkingen aan die in oudere bestandssystemen voorkomen door opslagcapaciteiten te ondersteunen die zich uitstrekken tot in het multi-terabytebereik. Dit ontwerp stelt gebruikers in staat om enorme datasets te consolideren zonder dat ze hun toevlucht hoeven te nemen tot het maken van talloze kleinere partities.

Omdat HFS+ 32-bits allocatietoewijzingen gebruikt, kan het aanzienlijk meer blokken volgen dan eerdere 16-bits systemen. Deze mogelijkheid is essentieel voor professionele gebruikers die werken met uitgebreide multimediaprojecten, wetenschappelijke data-analyse en andere use cases met hoge capaciteit.

Backward Compatibility

Achterwaartse compatibiliteit blijft een centraal voordeel van HFS+. Systemen die nog steeds oudere macOS-versies of klassieke Mac OS-releases gebruiken, kunnen nog steeds HFS+-volumes benaderen.

Deze naadloze integratie voorkomt complicaties bij gegevensmigratie en zorgt ervoor dat gebruikers toegang behouden tot bestaande opslagmedia tijdens versieovergangen. Personen of organisaties die afhankelijk zijn van oudere hardware of gespecialiseerde softwareomgevingen profiteren van een bestandssysteem dat moderne functionaliteit overbrugt met oudere Mac-technologieën.

Wat zijn de nadelen van HFS+?

Dit zijn de nadelen van het gebruik van HFS+.

Beperkte compatibiliteit buiten Apple

HFS+ werkt native binnen Apple's besturingssystemen, waardoor eenvoudige lees-schrijfmogelijkheden mogelijk zijn in de meeste macOS-releases. Platforms zoals Windows en Linux hebben geen ingebouwde, volledige lees-schrijfondersteuning voor HFS+. Derdepartijdrivers of softwarehulpprogramma's zijn vaak vereist om functioneel cross-platform bestandsdeling te bereiken.

Deze beperking bemoeilijkt de gegevensuitwisseling in heterogene omgevingen of in scenario's waarin één externe schijf wordt gebruikt op meerdere besturingssystemen.

Mogelijke fragmentatieproblemen

Dien in fragmentatie gebeurt wanneer bestanden worden gesplitst in niet-aaneengesloten blokken op de schijf. Fragmentatie treedt vaker op wanneer een opslagmedium bijna vol is of wanneer frequente bestandscreatie, -verwijdering en -wijziging resulteert in verspreide bestandsdelen over het volume. Hoewel de B-tree-organisatie helpt om enkele inefficiënties te verminderen, blijft fragmentatie een mogelijkheid in HFS+.

Fragmentatie vermindert de lees-schrijfprestaties en verlengt de zoektijden, wat problematisch kan worden bij toepassingen met een hoge vraag workloadsGebruikers moeten mogelijk schijfoptimalisatie gebruiken of defragmentatie technieken om gedurende langere tijd topprestaties te behouden.

Verouderd ontwerp voor moderne SSD's

HFS+ werd ontwikkeld toen roterende harde schijven de dominante opslagtechnologie waren. Solid State-schijven (SSD's) hebben specifieke kenmerken, zoals snellere toegangstijden en de noodzaak van wear-leveling, die HFS+ niet rechtstreeks op bestandssysteemniveau aanpakt.

Apple File System (APFS), dat HFS+ vervangt, bevat optimalisaties voor SSD-prestaties, waaronder efficiënter metadatabeheer, ruimtedeling en snapshots. HFS+ blijft functioneel op SSD's, maar mist de geavanceerde mogelijkheden die APFS biedt voor moderne solid-state media.

Gebrek aan native encryptiefuncties

HFS+ bevat geen ingebouwde encryptie op de bestandssysteemlaag. Encryptiefuncties op macOS, zoals FileVault, werken boven het bestandssysteem en voegen een encryptiewrapper toe rond het volume in plaats van cryptografische processen te integreren in de kernbestandssysteemstructuur.

APFS verbetert HFS+ in dit opzicht door native encryptie te bieden die nauwer samenwerkt met bestandssysteembewerkingen. Dit ontwerpverschil maakt HFS+ minder geschikt voor op beveiliging gerichte omgevingen die prioriteit geven aan granulaire, on-disk encryptie over alle volumes of bestanden.