Das APFS und Volumegruppen

Als Apple vor einigen Jahren das neue APFS-Dateisystem einführte, war auch ein neues Konzept geboren: 

der APFS-Container

Alle APFS-Volumes liegen in einem Container und dieser Container befindet sich innerhalb des Partitionsschemas der Festplatte. Alle Volumes in einem Container teilen sich denselben Speicherplatz; unterschiedliche APFS-Container teilen keinen Speicherplatz untereinander.

Ab macOS High Sierra führte Apple zudem das Konzept der erweiterten Rollen ein. Bis dahin gab es nur drei Rollen, die dem durchschnittlichen Benutzer meist verborgen blieben: 

Preboot, Recovery und VM (Virtual Memory)

Mit diesen Rollen konnte das System bestimmte Volumes für bestimmte Zwecke bestimmen und diese Volumes auf ganz bestimmte Weise behandeln (beispielsweise wurden Volumes mit den oben genannten Rollen standardmäßig ausgeblendet und nicht aktiviert).

Die folgende Grafik zeigt ein paar dieser APFS-Konzepte: 

Das Partitionsschema umfasst die gesamte physikalische Festplatte. Im Partitionsschema kann man einen oder mehrere APFS-Container erstellen und in jedem Container kann man eines oder mehrere APFS-Volumes erstellen. Im Gegensatz zur früheren Partitionierungen teilen sich alle Volumes in einem Container den diesem Container zugewiesenen Speicherplatz. Im oben aufgeführten Beispiel haben die drei grauen Hilfspartitionen, das System- und das Daten-Volume sowie das Anderes Volume allesamt Zugriff auf die 700 GB Speicherplatz. Anderes Volume B befindet sich in einem separaten Container und teilt sich daher nicht den physikalischen Speicherplatz mit den Volumes in Container A. 

Normalerweise würde man wohl eine Festplatte nicht auf diese Weise partitionieren. Es wäre aber eine Möglichkeit, wenn man beispielsweise einen Klon des Startvolumes auf der gleichen Festplatte (z. B. zu Testzwecken für Entwickler) erstellen möchte.

Neues Konzept: APFS-Volumegruppen

Mit macOS Catalina hat Apple ein neues Konzept für das APFS-Dateisystem eingeführt: 

Volumegruppen

Dabei geht es eher um die konzeptuelle Gruppierung von Volumes in einem APFS-Container, als um eine neue Unterstruktur. Apple hat zeitgleich die Anzahl der Rollen für APFS-Volumes erheblich erweitert (auf insgesamt 16 Rollen). Wenn man also auf Catalina upgradet, wird das aktuelle macOS Systemvolume umbenannt, z. B. in „Macintosh HD - Daten“ und seine Rolle wird auf Daten gestellt. Zu dem APFS-Container wird ein weiteres Volume hinzugefügt, das die Rolle System in der gleichen Gruppe wie das Datenvolume erhält. Diese beiden Volumes in der Gruppe sind eng miteinander verknüpft und bekommen im Finder und vom Dateisystem der Volumes eine Sonderbehandlung. Aus der Sicht des Benutzers bilden diese beiden Volumes ein einzelnes, gemeinsames Volume. Wenn man einen Blick in das Festplattendienstprogramm wirft, dann sieht man jedoch zwei Volumes als separate Objekte.

Das schreibgeschützte Systemvolume

Die wohl größte Änderung in macOS Catalina ist die Art und Weise, in der das Systemvolume beim Start aktiviert wird – es ist schreibgeschützt. Durch die schreibgeschützte Aktivierung ist es Angreifern unmöglich, Änderungen am Inhalt auf diesem macOS Systemvolume vorzunehmen. Das bedeutet nicht, dass der Mac vollkommen geschützt vor allen möglichen Angriffsvektoren ist. Es handelt sich nur um eine weitere Verteidigungslinie gegen Angreifer.

Das Datenvolume

Das Datenvolume kann man sich als Lese-Schreib-Behälter für das Systemvolume vorstellen. Das Datenvolume enthält alle Benutzerdaten (z. B. den Benutzerordner oder Programme von Drittanbietern) und einige Systemkomponenten, die sich nicht auf einem schreibgeschützten Volume befinden dürfen. Beispielsweise hat Apple Safari auf das Datenvolume abgelegt, damit es regelmäßig aktualisiert werden kann. Das aktuelle Startvolume für Daten wird an einem speziellen Mount Point im System aktiviert. Diesen findet man im Finder unter

Macintosh HD > System > Volumes > {Name des Datenvolumes}.

Darunter findet man eine Replik der Stammordner auf dem Systemvolume. Darin befinden sich alle Systemkomponenten, die noch beschreibbar sind. Normalerweise sieht man diese Objekte im Finder nicht, denn der Finder vermischt die Inhalte beider Volumes visuell, damit sie als einzelnes Volume erscheinen. Der Finder zeigt auch nicht das Datenvolume neben allen anderen Volumes an – das Datenvolume ist aktiviert, aber ausgeblendet.

Bande knüpfen mit Firmlinks

Um die Illusion eines einzelnen Volumes perfekt zu machen, hat Apple in APFS die Firmlinks eingeführt. Wie der Name bereits andeutet ist das Konzept des Firmlinks irgendwo zwischen einem Softlink und einem Hardlink angesiedelt. Diese Erklärung allein reicht aber nicht, um das Konzept zu verstehen (selbst für diejenigen, die mit Soft- und Hardlinks vertraut sind). 

Ein Firmlink wird von Apple als „bidirektionales Wurmloch“ zwischen zwei Dateisystemen beschrieben. Nehmen wir den Benutzerordner als Beispiel. Dieser Ordner auf der Stammebene des Systemvolumes ist tatsächlich ein Firmlink, der auf den Benutzerordner in der Stammebene des Datenvolumes zeigt. Wenn man also versucht, in den /Benutzer Ordner auf dem Systemvolume zu navigieren, dann sieht man tatsächlich den /Benutzer Ordner auf dem Datenvolume. Oder man betrachtet den Inhalt eines Ordners auf dem Schreibtisch (und damit den Inhalt des Datenvolumes) und navigiert einige Ebenen nach oben. Wenn man über den übergeordneten /Benutzer Ordner angelangt ist, sieht man nicht mehr das Datenvolume. Der Firmlink hat einem zurück auf die Stammebene des Systemvolumes geführt.

Es gibt einige Dutzend Firmlinks in macOS Catalina, die diverse Ordner auf dem Systemvolume mit ihren beschreibbaren Gegenstücken auf dem Datenvolume verknüpfen. Wenn man mehr darüber erfahren möchten, findet man eine vollständige Liste mit Firmlinks unter

/usr/share/firmlinks

auf dem Startvolume.

Finder-Schummeleien im Ordner „Programme“

Firmlinks sind fast immer transparent, es gibt jedoch eine recht auffällige Ausnahme: 

der Programme-Ordner

Der Programme-Ordner auf der Root-Ebene des Systemvolumes ist ein Firmlink zum Programme-Ordner auf der Root-Ebene des Datenvolumes. Wenn man allerdings zum 

Startvolume > System > Volumes > Data > Applications 

navigiert, wird man feststellen, dass die System-Programme überhaupt nicht vorhanden sind. Ein gutes Beispiel sind hierfür die Dienstprogramme. Der Ordner Dienstprogramme ist zwar vorhanden, aber leer. Schaut man sich jedoch den Programme-Order auf dem Systemvolume an, findet man dort alle Programmen, inklusive der Dienstprogramme. Der schreibgeschützte System-Programme-Ordner befindet sich nämlich im Systemvolume unter 

System > Applications.

Da diese Differenzierung für den Benutzer nicht relevant ist und er alle Programme dort findet, wo er es vermutet, wird eine Art Aggregation der Programme-Ordner von beiden Volumes angezeigt. Der Benutzer sieht also das, was er schon immer gesehen hat, wenn er in den Programme-Ordner geht. Allerdings wird man eventuell feststellen, dass die gleiche Aggregation nicht auf andere Systemvolumes angewendet wird, von denen der Mac aktuell nicht gestartet wurde (beispielsweise die Backup-Festplatte). Wenn man auf diesen Volumes den Programme-Ordner auf der Root-Ebene öffnet, sieht man den Inhalt des Firmlinks zum Programme-Ordner auf der Root-Ebene des Datenvolumes (d. h. keine Apple-Programme, sondern nur Drittanbieter-Programme und Safari). 

Aber keine Panik: 

Alle Programme sind Teil des Backups! Man kann diese Programme auf dem Backup-Volume unter System > Applications finden.