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08.10.2007 - 11:16 - Richard Joerges

Gerüchte um ZFS - das zukünftige Dateisystem für Macs?

Seltsam ruhig ist es in der deutschen Apple-Szene angesichts der neuesten Gerüchte um die Unterstützung des ZFS-Dateisystems in Leopard. Dabei bahnt sich da eine Revolution an, die Apple mal wieder Lichtjahre vor die Konkurrenz beamen würde.

Zwar beteuert Apple, dass Leopard ZFS nur lesen werden könne, allerdings erhielten laut Apple-Insider Entwickler auch eine Version (ZFS on Mac OS X Preview 1.1), die es schreiben kann. Das wiederum nährt die Spekulationen, dass ZFS zukünftig vielleicht doch eine wichtige Rolle in Mac OS X spielen könnte. Und das geht nun jeden an, denn es geht um den wertvollsten Besitz, den wir im digitalen Zeitalter haben: Unsere Dateien.

Der Reihe nach. Beginnen wir mit einem kurzen Exkurs. Wen das nicht interessiert, kann ja unten weiter lesen.

Exkurs:

Einer der ewigen Epigonen der IT ist Sun Microsystems oder kurz Sun. Ich kann mich noch an den Presse-Wirbel erinnern, der in Deutschland nach dem Start des Unternehmens 1982 tobte. Denn einer der Gründer war Andreas von Bechtolsheim. Er gewann mit 18 den in den siebziger Jahren populären Wettbewerb Jugend forscht und wurde dann 1982 durch die Sun-Gründung zum Vorzeige-Deutschen in den USA.

Das erste Sun-Produkt war die von von Bechtolsheim entwickelte Workstation Sun-1. So weit ich mich erinnern kann, war das der erste kommerziell erfolgreiche Rechner mit der damals neuen Motorola 68.000 CPU. Ja, genau der Chip, der auch in den ersten Macs werkelte.

Um es kurz zu machen, Sun hat in der Folge einige Dinge auf den Weg gebracht, die die IT nachhaltig geprägt haben. Beispielsweise  Java. Oder die SparcStation und die Betriebssysteme SunOS und Solaris. Ohne diese Produkte wäre das Internet nicht das, was es heute ist. Sogar wir hatten seinerzeit unseren ersten Webauftritt auf einer SparcStation laufen.

Nur wenigen ist bekannt, dass auch OpenOffice auf Sun zurückgeht. Es basierte auf dem deutschen Office-Paket Staroffice, das seinerzeit von Sun gekauft und dann unter einer freien Lizenz an OpenOffice.org weitergegeben wurde.

Ende des Exkurses.

2005 brachte Sun Solaris 10 auf den Markt. Dieses Betriebssystem hat genauso wie Mac OS X seine Wurzeln in FreeBSD. Für uns Mac-User war das Jahr 2005 deshalb bemerkenswert, weil Steve Jobs zur damaligen WWDC angekündigt hat, dass Apple von PowerPC- auf Intel-Prozessoren umsteigen werde.

Der damalige COO und mittlerweile CEO von Sun, Jonathan Schwartz (ziemlich cooler Typ, schlau, lange Haare und fleissiger Blogger) nahm das zum Anlass um in seinem Blog Steve Jobs vorzuschlagen (An Invitation to our Friends at Apple), Solaris 10 als Grundlage für die zukünftige Entwicklung von Mac OS X zu verwenden. Eine durchaus reizvolle Idee mit einem lustigen Nebenaspekt. Denn viele von uns fragten sich damals warum Intel und nicht AMD? Und die neue Solaris-Version zeichnete sich unter anderem dadurch aus, dass sie AMDs 64-Bit-CPUs unterstützte.

Danach passierte erstmal nichts, bis die ersten Leopard-Features bekannt wurden. Versteckt im neuen  X-Code findet sich das Debugging- und Profiling-Tool DTrace. Diese Sun-Entwicklung ist Bestandteil von Solaris und nun eben auch von Mac OS X. Ok, ein Tool macht noch kein Betriebssystem. Aber ein Dateisystem ist dann doch ein wesentlicher Bestandteil eines OS und zu Leopard gehört auch, zumindest die Möglichkeit das ZFS-Dateisystem zu lesen.

Kurz vor der diesjährigen WWDC hat sich dann Jonathan Schwartz verplappert (braucht leider den RealPlayer, alternativ: Blogeintrag von Marc Hamilton), dass ZFS das zukünftige Mac OS X Dateisystem werden würde, was von Apple augenblicklich dementiert wurde. Und jetzt also die Geschichte mit "ZFS on Mac OS X Preview 1.1" für Entwickler.

Aber was ist so toll an ZFS und warum ist es besser als HFS+, das aktuelle Dateisystem von Mac OS X?

Zunächst einmal müssen wir klären, was ein Dateisystem überhaupt macht. Es ist zuständig für die Ablage und Verwaltung von Dateien. Ohne Dateisystem könnten wir weder etwas speichern noch es wieder finden. Kurzum, es ist das Ordnungs- und Zugriffssystem für Dateien.

Mac OS verwendet als Dateisystem HFS+ (Hierarchical File System plus), eine Weiterentwicklung von HFS, das wiederum auf MFS (Macintosh File System) basiert. Wissen muss man, dass MFS aus dem Jahr 1984 (Geburtsjahr des Mac) stammt, HFS - ja nach Quelle - 1985 oder 1986 das Licht der Welt erblickte und HFS+ seit 1998 (ab Mac OS 8.1) seinen Dienst versieht. Wenn man bedenkt, dass der wesentliche Unterschied zwischen HFS und HFS+ die Anpassung an größere Datenträger ist, dann wird klar, dass das aktuelle Mac OS X Dateisystem im Kern ein echter Methusalem ist. Hilfreich ist auch ein Blick auf die damals aktuelle Hardware. State of the art war damals ein beiger G3 “Artemis” mit 233 Mhz und 4 GByte Festplatte.

Das heißt nicht, dass es im Vergleich zur Konkurrenz altes Eisen ist. Auch Windows reitet mit FAT (erste Varianten seit 1980) und dem aktuellen NTFS (1993) auf ollen Kamellen herum. Dabei sollte ja eigentlich Longhorn aka Vista mit WinFS endlich ein modernes Dateisystem bekommen. Daraus ist dann aber zunächst doch nichts geworden.

Zum Glück hat Apple dem guten alten HFS+ beständig Neuerungen zukommen lassen. So gibt es seit Panther 10.2.2 das Journaling. Hierbei wird das Öffnen von Dateien mitprotokolliert. Der Vorteil: Stürzt der Mac komplett ab (passiert ja eher selten bis gar nicht...) oder wird er versehentlich gewaltsam abgeschaltet (Stecker ziehen bei einem Desktop-Mac während die Festplatte arbeitet) kann das Betriebssystem anhand des Journals sehen, welche Dateien offen waren und diese wieder schließen. Ohne Journaling hätte man dann ein Problem, von nicht mehr lesbaren Dateien, bis hin zur Verweigerung des Bootens.

Seit Tiger 10.3.0 gibt es - von vielen kaum beachtet - endlich auch eine Variante von HFS+, die zwischen Groß- und Kleinschreibung unterscheiden kann. Erstaunlich, wenn man bedenkt, dass dieses Feature bei den diversen anderen Unix- und Linux-Dateisystemen seit Äonen zum Leistungsspektrum gehört.

Alles das bedeutet jedoch nicht, dass HFS+ für die Zukunft, ja eigentlich sogar schon für die Gegenwart, gut gewappnet ist.

Das Problem ist die Zahl und die Größe von Dateien. Um mal die Größenordnung klar zu machen, mein Home-Verzeichnis enthält zur Zeit mehr als 170.000 davon. Ok, ich bin vielleicht nicht typisch, weil ich es spätestens seit Spotlight müde bin mein Postfach zu leeren und sich deshalb tausende von Mails angesammelt haben, ein Großteil davon Spam. Trotzdem tummeln sich auch auf einem durchschnittlichen System locker bis zu mehreren hunderttausend Dateien herum.

Spotlight ist nicht nur ein Teil der Lösung, sondern auch Teil des Problems. Denn damit alles auf der Mac-Festplatte von Spotlight durchsuchbar ist, hat Apple beispielsweise Mail seit Tiger derart geändert, dass jede Mail als eigene Datei gesichert ist. Das heißt, auf dem Mac tummeln sich jetzt noch mehr Dateien herum.

Die Größe von Dateien ist insofern relevant, weil es  auf der einen Seite speziell bei einem Unix-System unendlich viele winzig kleine Dateien gibt. Auf der anderen Seite haben wir es immer mehr mit großen Mengen verhältnismäßig riesiger Dateien wie Fotos und Musik zu tun. Diese Situation wird sich noch verschlimmern, wenn der Trend zu Digitalkameras mit zwölf und mehr Megapixeln anhält und die User dank zunehmend billigerer Festplatten dazu übergehen werden Musik immer weniger zu komprimieren um bessere Soundqualität zu erreichen.

Wenn man weiß, dass Festplatten und andere Datenträger in logische Blöcke unterteilt sind, wird klar, dass kleine und große Dateigrößen zu Problem führen. Kleine Blockgrößen sind gut für kleine Dateien, weil der verfügbare Speicherplatz besser genutzt werden kann. Große Blockgrößen sind gut für große Dateien, weil das effektiver für die Verwaltung der gespeicherten Daten ist und auch der Geschwindigkeit zu Gute kommt.

Deswegen wünschen sich Entwickler ein Dateisystem, das variable Blockgrößen beherrscht. ZFS kann das. Ebenfalls auf der Wunschliste: Die Loslösung logischer Volumes von physikalischen Datenträgern. Damit ist gemeint, dass sich ein Volume beispielsweise über mehrere Festplatten verteilen kann. Eine Forderung, die ebenfalls ob der zukünftig zu erwartenden Datenmengen nur allzu verständlich ist.

Riesige Datenmenge, verteilt über mehrere Datenträger, zusammengefasst zu logischen Volumes, klar dass da auch die Datensicherheit eine Rolle spielt. Dies lässt sich beispielsweise über Checksummen und uns so genannte Snapshots erreichen.

All das können die heute gängigen Dateisysteme nicht, von speziellen Server-Lösungen (RAID, NAS etc.) abgesehen. Und genau da kommt ZFS ins Spiel. Es beherrscht variable Blockgrößen, kann Volumes über mehrere Datenträger spannen, ist schnell und beherrscht Checksummen genauso wie Snapshots.

Mit anderen Worten: ZFS könnte das Dateisystem der Zukunft schlechthin sein, da es alles das kann, was HFS+ noch fehlt.

Was es nicht kann, ist HFS+ vollständig zu ersetzen. Denn bisher kann von einem ZFS-System nicht gebootet werden. Das heißt, dass es zur Zeit nur eine Ergänzung sein kann. Allerdings arbeitet Sun schon an diesem Problem. Mal sehen, was die Zukunft bringen wird. 

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