Иерархическая файловая система HFS от Apple

Введение

Иерархическая файловая система (HFS) – это проприетарная файловая система, разработанная Apple Inc. для использования в компьютерных системах, работающих под управлением Mac OS. Изначально разработанная для использования на дискетах и жестких дисках, она также может встречаться на носителях, предназначенных только для чтения, таких как CD-ROM. HFS также называют Mac OS Standard (или HFS Standard), а её преемник, HFS Plus, – Mac OS Extended (или HFS Extended). С выходом Mac OS X 10.6 компания Apple прекратила поддержку форматирования и записи дисков и образов HFS, которые оставались поддерживаемыми как тома только для чтения до macOS 10.15. Начиная с macOS 10.15, диски HFS больше не могут быть прочитаны.

История

Apple представила HFS в сентябре 1985 года специально для поддержки первого жесткого диска Apple для Macintosh, заменив Macintosh File System (MFS) – оригинальную файловую систему, представленную более полутора лет назад вместе с первым компьютером Macintosh. HFS во многом опиралась на первую операционную систему Apple с иерархической файловой системой, SOS для неудачной Apple III, которая также послужила основой для иерархических файловых систем на Apple IIe и Apple Lisa. HFS была разработана Патриком Дирксом и Биллом Бруффи. Она имела ряд конструктивных особенностей, общих с MFS, которые отсутствовали в других файловых системах того времени (например, FAT в DOS). Файлы могли иметь несколько вилок (обычно вилку данных и вилку ресурсов), что позволяло хранить основные данные файла отдельно от ресурсов, таких как значки, которые могли потребовать локализации. Файлы идентифицировались уникальными идентификаторами, а не именами файлов, при этом имена файлов могли содержать до 31 символа. Однако MFS была оптимизирована для использования на очень маленьких и медленных носителях, а именно на дискетах, поэтому HFS была представлена для решения некоторых проблем с производительностью, возникших с появлением более крупных носителей, в частности жестких дисков. Основной проблемой было время, необходимое для отображения содержимого папки. В MFS вся информация о списках файлов и каталогов хранилась в одном файле, который системе приходилось искать для создания списка файлов, хранящихся в определенной папке. Это хорошо работало с системами, имеющими несколько сотен килобайт памяти и, возможно, сотню файлов, но по мере роста систем до мегабайт и тысяч файлов производительность быстро снижалась. Решением стала замена структуры каталогов MFS на более подходящую для больших файловых систем. HFS заменила плоскую табличную структуру на Каталоговый файл, использующий структуру B-дерева, которую можно было очень быстро искать независимо от размера. HFS также переработала различные структуры, чтобы они могли хранить большие числа, почти повсеместно заменив 16-битные целые числа на 32-битные. Любопытно, что одним из немногих мест, где это "увеличение" не произошло, был сам файловый каталог, который ограничивает HFS общим числом 65 535 файлов на каждом логическом диске. Хотя HFS является проприетарным форматом файловой системы, она хорошо документирована; обычно существуют решения для доступа к дискам, отформатированным в HFS, из большинства современных операционных систем. Apple представила HFS по необходимости вместе с первым 20 МБ жестким диском для Macintosh в сентябре 1985 года, где он загружался в оперативную память с MFS-дискеты при загрузке с помощью патч-файла ("Hard Disk 20"). Однако HFS не получила широкого распространения, пока не была включена в 128K ROM, представленную вместе с Macintosh Plus в январе 1986 года, а также с более крупным 800 КБ дисководом для Macintosh, который также использовал HFS. Введение HFS стало первым шагом Apple к тому, чтобы оставить модель компьютера Macintosh позади: оригинальный 128K Macintosh, которому не хватало достаточной памяти для загрузки кода HFS и который был быстро снят с производства. В 1998 году Apple представила HFS Plus для решения проблемы неэффективного распределения дискового пространства в HFS и для добавления других улучшений. HFS Plus по-прежнему поддерживается текущими версиями Mac OS, но начиная с Mac OS X, тома HFS нельзя использовать для загрузки, а начиная с Mac OS X 10.6 (Snow Leopard), тома HFS доступны только для чтения и не могут быть созданы или обновлены. В macOS Sierra (10.12) в примечаниях к выпуску Apple указано, что "Файловая система HFS Standard больше не поддерживается". Однако поддержка HFS Standard в режиме только для чтения продолжала работать до выпуска macOS 10.15, что положило конец официальной поддержке классической HFS Standard после 35 лет.

Apple introduced HFS in September 1985, specifically to support Apple's first hard disk drive for the Macintosh, replacing the Macintosh File System (MFS), the original file system which had been introduced over a year and a half earlier with the first Macintosh computer. HFS drew heavily upon Apple's first operating system with a hierarchical file system, SOS for the failed Apple III, which also served as the basis for hierarchical file systems on the Apple IIe and Apple Lisa. HFS was developed by Patrick Dirks and Bill Bruffey. It shared a number of design features with MFS that were not available in other file systems of the time (such as DOS's FAT). Files could have multiple forks (normally a data and a resource fork), which allowed the main data of the file to be stored separately from resources such as icons that might need to be localized. Files were referenced with unique file IDs rather than file names, and file names could be up to 31 characters long. However, MFS had been optimized to be used on very small and slow media, namely floppy disks, so HFS was introduced to overcome some of the performance problems that arrived with the introduction of larger media, notably hard drives. The main concern was the time needed to display the contents of a folder. Under MFS all of the file and directory listing information was stored in a single file, which the system had to search to build a list of the files stored in a particular folder. This worked well with a system with a few hundred kilobytes of storage and perhaps a hundred files, but as the systems grew into megabytes and thousands of files, the performance degraded rapidly. The solution was to replace MFS's directory structure with one more suitable to larger file systems. HFS replaced the flat table structure with the Catalog File which uses a B tree structure that could be searched very quickly regardless of size. HFS also redesigned various structures to be able to hold larger numbers, 16 bit integers being replaced by 32 bit almost universally. Oddly, one of the few places this "upsizing" did not take place was the file directory itself, which limits HFS to a total of 65,535 files on each logical disk. While HFS is a proprietary file system format, it is well documented; there are usually solutions available to access HFS formatted disks from most modern operating systems. Apple introduced HFS out of necessity with its first 20 MB hard disk offering for the Macintosh in September 1985, where it was loaded into RAM from a MFS floppy disk on boot using a patch file ("Hard Disk 20"). However, HFS was not widely introduced until it was included in the 128K ROM that debuted with the Macintosh Plus in January 1986 along with the larger 800 KB floppy disk drive for the Macintosh that also used HFS. The introduction of HFS was the first advancement by Apple to leave a Macintosh computer model behind: the original 128K Macintosh, which lacked sufficient memory to load the HFS code and was promptly discontinued. In 1998, Apple introduced HFS Plus to address inefficient allocation of disk space in HFS and to add other improvements. HFS Plus is still supported by current versions of Mac OS, but starting with Mac OS X, an HFS volume cannot be used for booting, and beginning with Mac OS X 10.6 (Snow Leopard), HFS volumes are read only and cannot be created or updated. In macOS Sierra (10.12), Apple's release notes state that "The HFS Standard filesystem is no longer supported." However, read only HFS Standard support continued to work until the release of macOS 10.15, ending official support for classic HFS Standard after 35 years.