카탈리나 데이터 볼륨(feat. APFS)

  macOS 10.15의 Catalina(카탈리나)부터 운영체제를 설치하게 되면, 저장장치의 볼륨이 두개로 나눠집니다. 하나는 읽기전용 볼륨이고 다른 하나는 실제로 데이터를 작성하는 볼륨입니다. 그러면 왜 카탈리나부터 기존과는 다르게 저장장치의 볼륨이 두개로 나눠질까요?

 

  카탈리나의 Data 볼륨을 정확히 파악하기 위해서는 macOS 10.13 High Sierra 가 출시하면서 애플이 새로 개발한 APFS(APple File System)의 특징을 먼저 알야아 합니다.

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1. APFS 알아보기

 

  APFS(APple File System)은 2017년 3월에 iOS 10.3에 최초로 도입된 애플의 새로운 파일 포맷 시스템입니다. 기존의 HFS+ 포맷방식은 근본적으로 플로피디스크와 HDD에 초점이 맞춰진 포맷방식입니다. HFS+는 이미 출시한지 30년이 지났고, 플로피 디스크와 HDD 사용을 기반으로 제작된 포맷방식이라서 효율성이 떨어지고, 상대적으로 낮은 보안성 등, 문제점이 많았습니다.

  따라서 현재 대중적으로 사용하고 있는 낸드플래시 메모리(SSD)를 효과적이고 안정적으로 사용할 수 있는 새로운 포맷방식이 필요했고,  애플에서 새로 개발한 파일시스템이 APFS 포맷방식 입니다.

 HFS+ 대비 APFS의 가장 큰 장점은 아래 세가지입니다.

  - 비동기식 TRIM 지원

  - Copy on Write 쓰기 정책

  - 컨테이너와 볼륨을 통한 유연한 디스크 분할 및 통합

  (1) 비동기식 TRIM 지원

  모든 SSD는 TRIM 이라는 기능이 필요합니다. HDD는 파일을 삭제할 때, 파일 자체는 디스크에 그대로 두고, 메타데이터만 변경하여 파일을 삭제한것 처럼 인식하게 합니다. 이후 해당 영역에 다른 파일이 덮어 쓰는 방식을 사용합니다. 이런 방식이면 파일을 삭제하고 덮어씌우는 일이 단 한번의 작업으로 가능합니다.

  그러나 SSD의 경우 각 셀마다 데이터를 저장하는 방식이라 파일을 지우고, 셀을 초기화 한 뒤, 다시 데이터를 저장하는 방식을 사용하는데, 이를 HDD와 같은 방식으로 관리하게 된다면, 셀에 의미없는 데이터가 남게되고 이로 인하여 읽기/쓰기 속도가 현저하게 느려집니다.

  이를 방지하기 위해 SSD는 TRIM 이라는 기능이 필수적입니다. TRIM은 삭제 또는 변경된 데이터를 실제 셀에서도 없애는 기능입니다. 기존 HFS+에서도 TRIM 기능은 존재했지만, APFS 에서는 비동기식 TRIM을 지원해서, 실제 메타데이터의 변경이 일어날 때만 TRIM이 활성화되고, 그렇지 않다면 대기상태로 존재하게 되어 빠르고 안정적인 저장장치 사용이 가능해졌습니다.

  (2) Copy on Write 쓰기 정책

  Copy on Write는 APFS에서 새로 생긴 기능입니다. HFS+의 경우 파일을 복사하면 실제 파일을 복사해서 용량을 차지합니다. 그러나 Copy on Write 기능을 사용한다면 파일을 복사한 순간에는 실제파일을 복사하지 않고, 메타데이터만 변경합니다. 이후 복사한 파일에 변경사항이 생긴다면 그때 실제 파일을 복사하게 됩니다. 이러한 기능의 장점은, 셀당 읽기/쓰기 횟수가 제한적인 SSD의 단점을 보완해줄 수 있다는 것 입니다.

  셀당 읽기/쓰기 횟수가 꽉 차면 해당 셀을 더이상 사용할 수 없게되고, SSD의 수명이 끝나게 됩니다. 따라서 SSD를 사용할 때 셀의 읽기/쓰기 횟수를 줄이면 SSD의 수명을 늘릴 수 있게되며, Copy on Write 쓰기 정책을 통해 SSD의 수명을 늘릴 수 있습니다.

  (3) 컨테이너와 볼륨을 통한 유연한 디스크 분할 및 통합 (Space Sharing)

  HFS+에서는 물리적 디스크를 파티션으로 나눠서 사용합니다. 만약 파티션이 2개로 나눠져 있는 상태에서 하나의 파티션의 용량이 꽉 차면 파티션 용량을 즉각 수정하는데 어렵습니다.

  그러나 APFS 에서는 컨테이를 생성하고, 컨테이너 내부에는 여러개의 볼륨으로 나뉘어 있습니다. 여기서 볼륨은 HFS+에서 파티션의 역할을 하는데, 파티션이 나눠진 방식과는 다르게 볼륨은 논리적으로 나눠져 있습니다. 

  파티션은 물리적 공간을 박스로 나눠 놓았다면, 볼륨은 공간을 칸막이로만 나눠 놓았다고 생각하시면 됩니다. 박스로 나눠진 공간은, 크기를 조절할 때, 모든 박스를 빼고, 다시 새로운 크기의 박스로 공간을 나눠야 하지만, 칸막이로 나눠진 공간은, 내부에서 칸막이만 이동하면  

손쉽게 용량을 조절할 수 있습니다. 게다가, 컨테이너 내부에 논리적으로 나눠진 볼륨은 전체 용량을 공유하여 계산합니다. 

  Space Sharing의 가장 큰 장점은, 시스템 파일 볼륨, 개인정보를 저장하는 볼륨, 업무용 데이터를 저장하는 볼륨, 작업용 데이터를 저장하는 볼륨 등을 나누고 각각의 볼륨별로 암호화가 필요한 볼륨과 그렇지 않은 볼륨을 나누어, 보안성을 극대화 할 수 있습니다.

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2. APFS 알아보기

  위 내용은 APFS의 특징이라 사실 잘 모르고 있어도 사용하는데 아무 지장이 없습니다. 물론 알고 사용하면 더 효율적으로 사용할 수 있으나, 내용을 이해하지 못했거나 읽기 귀찮으면 넘기셔도 됩니다.

 

  macOS 10.15 카탈리나 부터는 보안과 시스템 무결성 보호를 위해 Data 볼륨을 새로 생성합니다. 

  위와 같은 기본 상태에서 Macintosh HD 볼륨은 읽기 전용 볼륨입니다. 그 어떠한 파일도 새로 만들거나 수정할 수 없으며, 시스템 및 운영체제 파일이 보관됩니다. 구버전 운영체제에서는 시스템 or 운영체제 파일을 관리자 권한으로 수정할 수 있었고, 시스템 무결성 보호가 있어도, 이를 복구모드에서 해제하면 시스템 or 운영체제 파일을 수정할 수 있었습니다.

  그러나 카탈리나부터는 읽기 전용 볼륨에 있는 시스템/운영체제 파일은 관리자권한으로도, 복구모드에서도 수정이 불가능합니다. 심지어 복구모드에서 시스템 무결성 보호를 해제한 뒤 터미널을 통해 수정하는것도 불가능합니다.

  이는 사용자가 실수로 운영체제 파일을 건드리거나, 악성코드/바이러스 등이 시스템 파일에 접근해 보안 취약점을 뚫어 중요 데이터를 탈취하거나 사용자의 컴퓨터를 고장내는 등의 문제를 원천적으로 차단할 수 있습니다.

 

  기존에는 운영체제 파일과 데이터 파일이 하나의 볼륨에 모두 포함되어 있다면, 카탈리나부터는 운영체제 파일과 데이터 파일이 각각의 다른 볼륨으로 나눠져있으며, 운영체제 파일은 운영체제 버전 업데이트할 때 알아서 수정됩니다. 이로 인하여 사용자는 운영체제 파일에 전혀 신경쓰지 않아도 항상 뛰어난 보안 상태를 유지하게 됩니다.

 

  또한 APFS의 Copy on Write 기능을 응용한 Snapshots 덕분에 타임머신 백업도 더 빨라졌습니다. 파일이나 응용프로그램, 시스템 등이 변경되었을 때 변경된 상태를 저장하는게 아니라 변경된 상태의 메타 데이터만 따로 저장하고, 원본은 그대로 두는 방식입니다. 이를 통해 과거에는 변경된 영역과 파일을 다시 백업하는 형태의 타임머신이었지만, 현재는 변경된 시점의 메타데이터만 백업하고 원본은 최초 1회만 백업하기 때문에 과거 타임머신의 백업 방식에 비해 더 빨라지고 하드웨어에 가중되는 부담은 줄어들었습니다.

 

  대신 단점도 존재합니다. 운영체제를 포함한 모든 시스템 파일은 읽기 전용으로 되어 있어서 운영체제/시스템을 통과하는 소프트웨어 설치가 불가능하고, 이로 인하여 하드웨어 호환성이 매우 부족합니다. 또한 볼륨이 시스템과 Data 두개로 나눠져 있어서, 초기화를 할 때 볼륨을 두번 삭제해야하며, 잘못 초기화 할 경우 Data 볼륨을 남긴 상태로 운영체제를 재설치하게 되면 Data 볼륨이 두개가 생기게 되는 사태가 발생하기도 합니다.

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3. Data 볼륨이 있는 맥에서 macOS 재설치와 초기화 방법

  포스팅 작성 당시 최신 운영체제인 macOS 11 Big Sur 기준입니다.

◻︎ Apple Silicon : Mac에 있는 전원버튼을 눌러 전원을 켭니다. 전원이 켜지자 마자 바로 다시 전원버튼을 길게 누르고 있으면 시동 옵션을 선택할 수 있는 윈도우 창이 나오게 됩니다. 여기서 '옵션'을 선택하고 복구 유틸리티로 진입합니다.

◻︎ Intel CPU : Mac에 있는 전원버튼을 눌러 전원을 켭니다. 전원이 켜지자 마자 바로 Command(⌘) + R 을 길게 누르고 있으면 복구모드로 진입합니다.

 

  1. 단순히 운영체제만 재설치 하는 경우에는 macOS Big Sur 다시 설치를 선택합니다. 설치가 완료될 때 까지 절전모드로 전환하거나 강제로 종료하면 안됩니다. 

  설치 영역을 선택하는 창이 나오면 두개의 볼륨이 선택됩니다. 이 때 디스크 이름이 Macintosh HD 라면

Macintosh HD / Macintosh HD - DATA 두 볼륨중 Macintosh HD 에 설치하시면 됩니다.

 

  2. 초기화를 위해 재설치 하는 경우에는 먼저 디스크 유틸리티를 선택합니다.

  디스크 유틸리티에서 위 사진처럼 모든 기기 보기를 선택합니다.

  빨간색 표시된 저장장치를 선택 후, 지우기 버튼을 눌러 디스크를 지웁니다.

 

이후 설치 방식은 위와 동일합니다.