ジャーナリングファイルシステムとは?仕組みとNTFS・EXT・APFSの違いを解説

皆さんは普段、物をどう収納していますか?筆者の場合、部屋の空いているスペースを見つけてはそこに放り込み、新しい物が増えるたびに古い物をどかして場所を作る……という具合です。残念ながら、コンピュータはそんな雑なやり方でファイルを保存できません。コンピュータはすべてのデータを整理された形で管理し、呼び出されたファイルに即座にアクセスできなければなりません。整理されたファイルシステムのもう一つの身近な例として、すべての本が索引付けされ、カテゴリー別に分類されている図書館を挙げることができます。

同様に、すべてのオペレーティングシステム(OS)には、データを維持するための独自のジャーナリングファイルシステムが備わっています。各ジャーナリングファイルシステムには多くの違いがありますが、共通している機能がひとつあります。それが「ジャーナリング」です。

ジャーナリングファイルシステムとは?

「ジャーナル(Journal)」という言葉は、日記のように時系列の出来事を記録することを意味します。コンピュータにおけるジャーナリングも同じ考え方で、すべてのファイルは関連するカタログ(インデックス)にエントリとして登録され、変更内容はすべてコンピュータ自身のジャーナルに記録されます。コンピュータ上でファイルを検索するとき、OSはハードディスク全体をスキャンするのではなく、該当するカタログを確認するだけで済みます。

なお、ジャーナリングとは必ずしも「同じハードディスク領域に保存されたファイル群をひとつのカタログにまとめる」という意味ではありません。物理的に離れた場所に保存されたふたつのファイルが、同じカタログに登録されることもあります。この仕組みにより、コンピュータはハードディスク上の全ファイルをいちいちスキャンせず、ジャーナルのエントリを参照するだけで目的のファイルを素早く特定できるのです。

ジャーナリングファイルシステムで使われる単位

ジャーナリングファイルシステムにはさまざまな種類がありますが、使用される容量の単位は共通しています。以下の表に簡単にまとめました。

1. New Technology File System(NTFS)― Microsoft

Microsoftが開発したジャーナリングファイルシステムが「New Technology File System(NTFS)」です。大容量データボリュームに対応しているため、すべてのWindows OSで標準採用されています。サポートされる最大ファイルサイズは256TiB。これは非常に大きな値で、日常的にはまずお目にかかることのない規模です。

NTFSはチェックポイント情報とログファイルを使用して、再起動後にファイル構造の一貫性を復元します。さらに「Self-Healing NTFS」と呼ばれる自己修復機能により、システムを停止させることなく破損したファイルを修復できる点も大きな特長です。NTFSはFAT32ファイルシステムの後継として開発され、読み書き・検索の速度においても、ほとんどのシステムより優れています。

2. 拡張ファイルシステム(EXT)― Linux

Microsoftと同様に、Linuxにも独自のジャーナリングファイルシステムがあります。それが「Extended File System(EXT)」です。以前のUnix方式(UFS)をベースに開発され、近年は3度のアップグレードを経ています。現在までに合計4つのバージョンが存在し、新しいバージョンほど番号が大きくなっています。

EXT 2: Linux向けジャーナリングシステムとして当初Red Hat Linuxで採用され、現在でもSDカードやUSBメモリなどで使われています。最大容量は32TiBで、他のジャーナリングファイルシステムと比べると小さいのが難点です。

EXT 3: EXT 2との技術的な違いは大きくありませんが、より普及が進み、Linux、BSD、ReactOSなど幅広い環境で利用されています。

EXT 4: EXT 2とEXT 3の限界を受けて開発されたのがEXT 4です。最大サイズは1024PiB(約100万TiB)に達し、今日では大多数のLinuxディストリビューションで採用されています。GoogleのファイルストレージやPowerPC環境でも利用実績があります。さらに、ジャーナリングにチェックサムを取り入れることで、信頼性とパフォーマンスの両方を向上させている点も注目に値します。

3. Apple File System(APFS)― Apple

Apple File System(APFS)は、AppleがmacOS搭載コンピュータ向けに使用するジャーナリングファイルシステムです。macOS SierraおよびiOS 10.3で初めて提供され、最大8000PiBという大容量に対応しており、1024PiBまでのEXT4を大幅に上回ります。

APFSはフルディスク暗号化を標準装備しているほか、システムのスナップショットを撮影し、後から参照・復元できる機能を備えています。また、チェックサムによってデータの整合性を常時確認し、システムクラッシュからデータを守る仕組みも持ち合わせています。

ジャーナリングファイルシステムのまとめ

ファイルシステムにおけるジャーナリングは、予期しないシャットダウンやシステムクラッシュの際にこそ真価を発揮する重要な機能です。ジャーナリングファイルシステムは台帳のような仕組みで、あらゆるファイルとその変更履歴を記録しています。これにより、コマンドが送られた瞬間に目的のファイルを容易に特定し、即座に実行することが可能になるのです。

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