Файловая система у айфон

Что внутри файловой системы iOS?

При работе с джейлбрейкнутым iOS-устройством могут возникнуть проблемы, решить которые можно только при помощи модификации файлов. А для этого необходимо знать базовую структуру файловой системы, понимать, где что лежит и какие файлы за что отвечают, куда устанавливаются программы и твики и как они взаимодействуют между собой. Обо всем этом мы и поговорим.

ОСНОВНЫЕ КАТАЛОГИ И ФАЙЛЫ

iOS — UNIX-подобная операционная система и использует очень похожую на UNIX и OS X структуру файловой системы. «Папка» здесь именуется «каталогом», а файловая система «растет» от корня /. Знаком

обозначается домашний каталог пользователя. В обычном режиме это каталог /var/mobile/, в режиме корневого пользователя — /var/root. Часть каталогов стандартны для UNIX-систем. Это /boot — здесь в UNIX располагается ядро системы и RAM- диск (в iOS ядро лежит в каталоге /System/Library/Caches/com.apple.kernelcaches/kernelcache), /etc — настройки низкоуровневых сервисов, /tmp — временные файлы, /bin — команды для запуска с помощью терминала,

/mnt — точка монтирования внешних файловых систем (сюда подключаются флешки и прочее).

Наиболее же интересны для нас каталоги /System, /Library и /var. Именно здесь хранятся сама операционная система (первый каталог), системные данные (второй), настройки приложений и их данные (третий).

Стандартные (предустановленные) приложения лежат в каталоге /Applications. Здесь же располагаются исполняемые файлы Cydia, Zeusmos и некоторых других программ .app, для установки которых необходим джейлбрейк. Файлов здесь намного больше, чем иконок на рабочем столе iOS, так как тут расположены и некоторые внутренние службы, выделенные в качестве отдельных приложений (встроенная в iOS служба Facebook, Print Center и некоторые другие). На невзломанном устройстве этот каталог обновляется только при обновлении всей прошивки, однако некоторые приложения из Cydia устанавливаются именно в него, как и сам магазин Cydia.

Скачанные из App Store приложения хранятся в /var/mobile/Containers/Bundle/Application, каждое в своем собственном подкаталоге. Имена этих подкаталогов закодированы, и для того, чтобы понять, что это за приложение, необходимо зайти в каталог и перейти в следующий. Приложения, установленные не из App Store, также обычно находятся здесь. За каждым приложением закрепляется подкаталог в каталоге /var/mobile/Containers/Data/Application, внутри которого приложение хранит свои настройки и данные, созданные во время работы. Подробнее его структуру мы рассмотрим позже.

Системные обновления загружаются в каталог /var/mobile/MobileSoftwareUpdate. Их можно удалить через стандартное приложение

«Настройки». Все обои хранятся в /Library/Wallpaper, а системные звуки — в /System/Library/Audio/UISounds, музыка и видео с компьютера — в /var/mobile/Media/iTunes_Control/Music.

Отдельно стоит упомянуть каталог /var/mobile/Library/caches/com.saurik.Cydia. Именно здесь хранятся deb-пакеты твиков до перезапуска Springboard. Если появится необходимость скачать твик на компьютер, его можно взять отсюда. Также при установке твики часто создают дополнительные каталоги, где хранят собственные данные. Обычно о таких каталогах сказано в документации твиков.

ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАБОТЫ С ФС УСТРОЙСТВА НАПРЯМУЮ

Существует несколько программ для работы с ФС устройства после джейлбрейка.

• iTools — программа для Mac и Windows, позволяет добавлять и удалять файлы в ФС. На этом ее функции заканчиваются. Преимуществом для многих может стать панель закладок слева от окна просмотра ФС, где можно найти программы, твики, рингтоны или обои устройства.
• iFunBox — имеет значительно больше возможностей. С ее помощью можно создавать каталоги, удалять, переименовывать файлы или экспортировать их на ПК. Вызывает удивление лишь отсутствие поиска по ФС.
• Filza File Manager — позволяет прямо на устройстве просматривать метаданные файлов, переименовывать, перемещать, удалять их, открывать многие типы файлов. Есть встроенный поиск по папкам и одновременная работа с несколькими файлами.
• iFile — во многом превосходит Filza File Некоторые возможности открываются только после оплаты полной версии программы, однако интерфейс в утилите более удобный и понятный.

Разумеется, работать с файловой системой можно и при помощи терминала. Здесь есть полная поддержка UNIX-команд, так что управление ФС будет очень быстрым и удобным.

КАТАЛОГИ ПРИЛОЖЕНИЙ И ПЕСОЧНИЦЫ

Кроме того что iOS размещает все установленные пользователем приложения и их данные в отдельных каталогах, она налагает на работу самих приложений серьезные ограничения (запирая их в так называемую песочницу). Приложения не могут получить прямой доступ к оборудованию, им разрешено использовать только одну треть системного API. Плюс ко всему они не могут получить доступ к системным файлам и каталогам, а также файлам других приложений. Фактически все, что видит приложение, — это свой собственный каталог и несколько каталогов в /Library.

Что касается собственного каталога приложения, то его структура достаточно размыта, но обычно он включает четыре компонента: файл .com.apple.mobile_container_manager.metadata.plist, содержащий данные о приложении, и каталоги tmp, Documents и Library. В последнем часто находятся также подкаталоги Caches и Preferences. Иногда встречаются и другие, все зависит от потребностей программы.

Все документы приложение хранит в Documents. Этот каталог также используется для добавления файлов в приложение с помощью iTunes (File Sharing). В tmp могут храниться файлы, скачанные из интернета. Обычно каталог пустует, так как программа перемещает все документы оттуда в Documents, а затем удаляет их. Library также содержит временные файлы и пользовательские параметры приложения. В подкаталоге Preferences могут быть и настройки подключенных к приложению нативных модулей (например, mobilesafari).

Нетрудно догадаться, что при таком подходе, когда каждая программа имеет доступ лишь к нескольким общим каталогам, обмен файлами между приложениями представлялся крайне затруднительным. Например, если файл был переслан, а затем изменен в одной программе, разумеется, изменения не появлялись в другом, так как это два разных файла. За это очень долго упрекали Apple, но компания наконец-то нашла возможность без ущерба для безопасности системы и приложений реализовать функциональность редактирования файла разными утилитами.

В iOS 8 появился новый механизм, названный Document Picker. Он позволяет одним приложениям «видеть» специальные каталоги, созданные другими приложениями, и изменять их «на месте», без переноса в песочницу программы. Для этого используются так называемые публичные песочницы, которые, по сути, представляют собой каталоги, где каждая программа имеет права на запись и на чтение. Фактически это аналог кнопки «Импортировать» на Mac, только доступ дается не ко всей файловой системе, а к отдельным каталогам программ. Технологию поддерживают iCloud Drive, Dropbox и некоторые другие сервисы. Очевидно, их количество будет увеличиваться. Для успешного применения технологию должны поддерживать и программы, откуда будут переноситься файлы, и программа, куда они будут переноситься.

Реализация функций Document Picker Получение доступа к файлам iCloud Drive
в программе

КАК ПРОИСХОДИТ УСТАНОВКА ПРИЛОЖЕНИЙ

Стоит знать, какие каталоги создаются при установке пакетов приложений. Рассмотрим этот вопрос для твиков и программ из App Store. Твики распространяются в deb-пакетах, которые представляют собой архив с файлами: динамические библиотеки (.dylib), настройки (.plist), каталог с самим приложением (.app), каталог с документами и другие. При установке такой файл просто разворачивается в систему. Причем не в пользовательский каталог, а в системные (либо и те и другие), ограничения песочницы на него не действуют.

Рассмотрим файловую структуру установленного твика на примере AudioRecorder. В каталоге /Library/MobileSubstrate/DynamicLibraries хранятся динамические библиотеки твика и его настройки. В данном случае это AudioRecorder.dylib, AudioRecorder.plist, AudioRecorderUI.plist, AudioRecorderUI.dylib. Библиотек может быть больше или меньше, все зависит от сложности приложения.

Языковая локализация твика и некоторые настройки размещаются в /Library/PreferenceBundles. Здесь хранится также несколько изображений, используемых в программе. Исполняемый файл и основная часть графики находятся в /var/db/stash/_.YWqibn/Applications. В /var/mobile/Library/Mobile Documents создается также пустой каталог net

AudioRecorder. Пользовательские же данные хранятся по пути

Разумеется, данная структура крайне вариативна. Обязательны хотя бы один файл настроек, хотя бы одна динамическая библиотека и исполняемый файл. Графика, файлы настроек, вспомогательные файлы по всей ФС аппарата добавляются уже на усмотрение разработчика.

С программами из App Store все значительно проще. В /var/mobile/Containers/Bundle/Application/ хранится графика программы, локализации, исполняемый файл. Каталог /var/mobile/Containers/Data/Application/ — «песочница» программы (документы, пользовательские настройки). На этом структура установленного файла .ipa заканчивается.

ИЗМЕНЯЕМ СИСТЕМНЫЕ ФАЙЛЫ

Теоретически изменением файлов в ФС напрямую можно сделать очень много. Достаточно хотя бы оценить количество файлов с расширением plist — в основной массе это настройки программ и системных сервисов. Потому перечислить все возможные операции с файлами практически нереально, ограничимся лишь некоторыми примерами их использования.

Например, если ты захочешь сменить какой-либо текст на экране блокировки или на рабочем столе, это можно сделать, перейдя в каталог /System/Library/CoreServices/Springboard.app и перейдя в необходимый локализационный пакет, название которого совпадает с установленным языком интерфейса на устройстве. Файлы здесь хранятся в формате String, и открыть их в «читаемом» виде можно, например, при помощи Filza File Manager, речь о котором шла выше. Для смены надписи Slide to Unlock (или «Разблокируйте» в русском варианте) необходимо открыть Springboard.string и сменить параметр AWAY_LOCK_LABEL, введя необходимый текст. Не забудь сохранить изменения файла и перезагрузить устройство.

Изменение параметра Экран блокировки с кастомным текстом

Можно изменять также параметры нативных приложений, которые хранятся внутри их пакетов .app в каталоге /Applications. Например, в Preferences. app можно изменять номер сборки или версии системы, а также названия разделов и функций настроек. Если необходимо самостоятельно модифицировать, к примеру, темы для WinterBoard, знание о расположении директорий также пригодится. Так, все темы лежат в папке /Library/Themes, где их можно видоизменять. Тут есть модифицированные иконки стандартных утилит, можно добавить собственную кастомизированную иконку или поменять уже существующую.

ВЫВОДЫ

Это, конечно же, не все, что можно сказать о файловой структуре iOS, однако в рамках одной статьи мы не можем рассмотреть все ее аспекты и ограничились лишь базовыми понятиями. Имея джейлбрейк, ты можешь пойти дальше и изучить систему самостоятельно. Отличным источником информации может также стать the iPhone wiki.

Источник

Файловая система Apple File System (APFS)

64-битные иноды, атомарные транзакции, метки времени в наносекундах, клонирование директорий, встроенное шифрование

На вчерашней презентации WWDC 2016 компания Apple показала новые версии операционных систем macOS (Sierra) 10.12, iOS 10, tvOS 10, watchOS 3, приложение для обучения детей программированию Swift Playgrounds и новые эмодзи.

Казалось бы, ничего интересного. Однако, Apple всё-таки выкатила кое-что фундаментальное. Самая значительная разработка из всего упомянутого на презентации — это файловая система нового поколения Apple File System (APFS) в операционной системе macOS (Sierra) 10.12.

На сайте для разработчиков вскоре после презентации опубликована документация с основными характеристиками и описанием файловой системы, которая повторяет отдельные функции мощной свободной файловой системы ZFS.

Сейчас в компьютерах Apple используется файловая система HFS+, расширенная версия HFS (Hierarchical File System, иерархическая файловая система), созданной более 30 лет назад. Подобно своей предшественнице, HFS+ использует древовидную структуру, называемую B*-дерево, для хранения большей части метаданных. Отсюда и название «иерархическая файловая система».

Официальное представление HFS+ состоялось 19 января 1998 года, вместе с MacOS 8.1. С 2002 года в системе реализовано журналирование для повышения надёжности хранения информации. С версии OS X 10.3 журналирование включено по умолчанию, появилась возможность работать в режиме с учётом регистра имён.

Вплоть до версии OS X 10.7 разработчики продолжали дорабатывать HFS+ и реализовывать на уровне файловой системы новые функции для OS X. Но факт остаётся фактом: HFS изначально разрабатывалась во времена флоппи-дисков и крутящихся винчестеров, когда размеры файлов измерялись в килобайтах или мегабайтах. Сегодня многие работают с накопителями SSD, где хранятся миллионы файлов — гигабайты или терабайты данных. К файловой системе выдвигаются совершенно иные требования. Вместо доработки старого кода компания Apple решила наконец-то написать новую файловую систему с нуля.

Файловая система APFS нового поколения пока находится на стадии developer preview, то есть её не планируется выкатывать в массовое использование в ближайшее время. В данный момент нельзя использовать том APFS как загрузочный диск, его также нельзя применять в системе резервного копирования Time Machine, в Fusion Drive или с шифрованием File Vault. Но можно для обычного незагрузочного тома.

Предстоит ещё долгая доработка и тестирование, но уже потом APFS станет основной файловой системой Apple на десятилетия вперёд.

APFS, в отличие от HFS+, изначально различает регистр символов в названиях файлов и папок, и эту функцию нельзя отключить. Это следует иметь в виду всем, кто решит использовать APFS.

В принципе, Apple рекомендует для начала поэкспериментировать с APFS на внешнем накопителе, на котором не хранится ничего важного. Для этого предлагается использовать утилиту hdiutil.

Основные характеристики

В официальной документации перечислены общие характеристики файловой системы APFS в сравнении с HFS+.

Контейнеры и тома

Контейнер — это основной объект для хранения данных в APFS. Конейнеры обычно полностью совпадают с записями GUID Partition Table (GPT), у них собственная схема защиты от сбоев и распределения дискового пространства. Каждый контейнер содержит один или больше томов или файловых систем, в каждой из которых есть собственное пространство имён, то есть набор файлов и директорий.

APFS напрямую не поддерживает программный RAID, но её можно использовать с томами Apple RAID для поддержки Striping (RAID 0), Mirroring (RAID 1) и Concatenation (JBOD).

64-битные индексные дескрипторы (inode)

64-битные иноды значительно увеличивает пространство имён, по сравнению с 32-битными индентификаторами в HFS+. В 64-битной файловой системе APFS поддерживается более 9 квинтиллионов файлов на каждом томе. Этого должно хватить каждому, как говорил Билл Гейтс.

Наносекундные метки времени

В APFS значительно увеличена точность меток времени (таймстампов). APFS поддерживает установку меток времени с точностью до наносекунды. Для сравнения, в HFS+ метки времени выставлялись с точностью до секунды.

Наносекундные таймстампы очень важны в современных файловых системах, потому что они помогают реализовать атомарности и атомарных транзакций — одного из основных требований ACID к транзакционной системе (например, к СУБД). Атомарность гарантирует, что никакая транзакция не будет зафиксирована в системе частично. Будут либо выполнены все её подоперации, либо не выполнено ни одной.

Защита от сбоев

В APFS реализована инновационная схема метаданных copy-on-write, которую Apple называет «защитой от сбоев» (“Crash Protection”). Она гарантирует, что изменения в файловой системе и записи в журнал остаются в синхронизированном виде, если что-то происходит во время записи — например, пропадает электропитание.

Схема copy-on-write в ZFS

Разреженные файлы (sparse files)

Файл с атрибутом «разреженный» предполагает содержание блоков нулевых байт, не хранимых на накопителе, а подразумеваемых. В HFS+ не было поддержки разреженных файлов.

Расширенные атрибуты

APFS имеет встроенную поддержку расширенных файловых атрибутов, которая в HFS+ реализовалась через файл Attributes, то есть через B-дерево.

Шифрование

Apple заявляет, что шифрование является фундаментальным свойством, которое встроено в APFS на уровне файловой системы. Для каждого тома в контейнере APFS устанавливается одна из моделей шифрования: без шифрования, шифрование с одним ключом, шифрование с несколькими ключами. В последнем случае отдельные ключи применяются для шифрования файлов и метаданных. В зависимости от оборудования, APFS использует режим шифрования AES-XTS или AES-CBC.

Клонирование файлов и директорий

Клонирование — практически мгновенное копирование файла или директории, при котором не требуется дополнительное место для хранения данных. При модификации клона файловая система записывает только изменение данных. Таким образом, новая файловая система может хранить много версий больших файлов, отнимая меньше дискового пространства.

Снапшоты

Снапшоты — открытые только для чтения «слепки» файловой системы в томе. Операционная система может использовать снапшоты для более эффективной процедуры резервного копирования. То есть наконец-то Time Machine будет работать нормально (быстро).

Конечно, по своим возможностям APFS значительно уступает 128-битной файловой системе ZFS, которую поддерживают Linux, FreeBSD и другие свободные ОС, но со стороны Apple это шаг в правильном направлении.

Странно, что в предварительной документации не упомянута функция компрессии, которую HFS+, кстати, поддерживает.

Apple долго пыталась перенести ZFS на систему OS X, по этому поводу велась активная дискуссия в списках рассылки ZFS, были опубликованы предварительные снапшоты для следующей версии OS X. Позже была сделана реализация OpenZFS для OS X (O3X) и MacZFX.

Файловая система ZFS распространяется с открытым исходным кодом, и Apple вполне могла позаимствовать некоторые идеи для файловой системы APFS. Реализация open source для APFS пока не готова, компания Apple планирует опубликовать задокументировать и опубликовать формат APFS в 2017 году.

На конференции WWDC сегодня вечером состоится первая формальная сессия, где разработчикам более подробно продемонстрируют новые возможности APFS.

Источник