【科普】什么是文件系统格式？在Mac上格式化硬盘时如何选择格式？

文件系统（也叫磁盘格式）是磁盘逻辑架构，决定了文件的存在、管理和传输。在Mac上使用磁盘工具格式化硬盘或者使用第三方格式化工具格式化外置设备的时候都有“格式”的选项，用户可根据自己需求为硬盘选择合适的磁盘格式（即文件系统格式），这样才能确保硬盘能够在Mac上正常工作。但文件系统格式多种多样，在格式化硬盘时如何选择格式成了问题。这篇文章就将详细介绍Mac上的各种文件系统格式，这样可方便用户根据自己需求选择合适的格式。

为何硬盘（固态硬盘、机械硬盘、U盘、移动硬盘、存储卡等）需要有文件系统（也叫磁盘格式）

首先，文件系统实现了数据的结构化管理。磁盘本质上是存储二进制数据的物理介质，若没有文件系统，所有数据将以连续的字节流形式无序排列，无法区分不同文件的边界和内容。文件系统通过建立目录结构和文件元数据（如文件名、大小、创建时间、权限等），将零散的数据组织成具有逻辑关系的文件和文件夹，使用户和应用程序能够直观、高效地定位和访问所需信息，就像图书馆通过分类编号系统管理书籍一样，实现了数据的有序化存储。

其次，文件系统提供了数据访问的便捷接口。操作系统通过文件系统抽象了磁盘的底层物理操作细节，向上提供统一的文件操作API（如打开、读取、写入、删除文件等）。用户和应用程序无需关心数据在磁盘上的具体物理存储位置（如磁道、扇区编号），只需通过文件名和路径即可完成对数据的操作，大大降低了使用磁盘的复杂度，提高了开发和使用效率。

再者，文件系统保障了数据的安全性和完整性。它通过权限管理机制，如设置文件所有者、用户组及其他用户的读写执行权限，防止未授权用户对数据进行非法访问或修改。同时，文件系统还具备错误检测和恢复功能，例如通过校验和、日志（如NTFS的日志功能）等技术，在数据写入过程中发生意外（如断电、系统崩溃）时，能够尽可能减少数据丢失或损坏，并在系统恢复后修复文件系统的一致性。

另外，文件系统优化了磁盘空间的利用率。磁盘的物理存储单元（如扇区）大小固定，而文件大小各不相同。文件系统通过块分配（将磁盘划分为固定大小的块，作为最小分配单元）、碎片整理等机制，减少磁盘空间的浪费。例如，当文件大小小于块大小时，虽会产生内部碎片，但通过合理的块大小设计可降低影响；对于因频繁创建、删除文件产生的外部碎片，文件系统可通过碎片整理工具将分散的文件数据重新组织到连续的磁盘块中，提高磁盘读写速度和空间利用率。

最后，文件系统支持多用户和多任务环境。在多用户操作系统中，文件系统能够为不同用户分配独立的文件空间，并通过权限控制确保用户数据的隔离与安全。同时，在多任务环境下，文件系统通过文件锁定机制（如共享锁、排他锁）协调多个进程对同一文件的并发访问，防止数据竞争和不一致性，保证了系统的稳定运行。

综上所述，文件系统是磁盘存储从物理介质到可用数据资源的关键桥梁，它通过结构化管理、便捷接口、安全保障、空间优化和多环境支持等功能，使磁盘能够高效、可靠地服务于用户和应用程序的数据存储需求。

Mac上有哪些常见的文件系统格式？如何选择？

Mac上的文件系统格式主要包括以下几种，它们在不同时期和场景下被广泛使用：

✅ HFS+（Hierarchical File System Plus，也叫Mac OS扩展）

HFS+ （即Mac OS扩展）是苹果公司在1998年推出的文件系统格式，曾长期作为Mac的默认文件系统。它支持64位寻址，理论上可管理的文件大小最大为8EB（1EB=1024PB），单个卷的容量也可达8EB，这在当时极大地突破了之前HFS格式的限制。HFS+采用了B树结构来组织文件目录，这种结构有利于快速查找和访问文件，提高了文件系统的性能。在文件元数据方面，HFS+存储了文件的创建时间、修改时间、访问时间等信息，同时支持文件权限管理，通过访问控制列表（ACL）可以对不同用户和用户组设置不同的文件访问权限，保障了文件的安全性。不过，随着技术的发展，HFS+逐渐暴露出一些不足，比如不支持TRIM命令（对于固态硬盘来说，TRIM命令能有效提升性能和延长寿命），对现代计算环境下的新特性支持也较为有限，所以苹果在后续推出了APFS来替代它。

✅ APFS（Apple File System）

APFS是苹果公司在2017年推出的新一代文件系统，目前已成为Mac的默认文件系统，尤其适用于基于闪存和SSD的设备。APFS在设计上充分考虑了现代存储设备的特点，支持强加密功能，用户可以选择对整个卷、特定文件或文件夹进行加密，加密算法包括AES-XTS、AES-CBC等，大大增强了数据的安全性。它采用了写时复制（Copy-on-Write）机制，当对文件进行修改时，不会直接覆盖原文件数据，而是先将修改后的数据写入新的位置，然后再更新元数据指向新位置，这有效避免了因系统崩溃等意外情况导致的数据损坏。APFS还支持快照功能，用户可以创建文件系统在某个时间点的快照，快照可以快速恢复到之前的状态，对于数据备份和恢复非常有用。此外，APFS支持更大的文件和卷容量，理论上文件和卷的大小都可以达到8EB，并且对文件系统的各项操作进行了优化，如文件复制、重命名等操作的速度得到了显著提升。

✅ exFAT

exFAT是微软开发的一种文件系统格式，Mac对其有较好的支持，它的主要优势在于兼容性强，能够在Mac和Windows系统之间轻松实现文件交换。exFAT支持单个文件大小超过4GB，这对于存储高清视频、大型软件安装包等大文件非常重要，而传统的FAT32格式不支持单个4GB以上的文件。exFAT的文件系统结构相对简单，因此在读写性能上表现不错，尤其是在U盘、移动硬盘等可移动存储设备上使用时，能够提供较快的读写速度。不过，exFAT在文件权限管理和安全性方面不如APFS和HFS+，它不支持文件权限设置和加密功能，因此更适合作为临时的文件交换媒介，而不是Mac系统的主要文件系统。

✅ FAT32

FAT32（即MS-DOS (FAT)）是一种较为老旧的文件系统格式，Mac也支持该格式，但它存在明显的局限性，即单个文件大小不能超过4GB，这使得它在存储大文件时非常不便。此外，FAT32的文件系统结构相对简单，对文件的管理效率较低，安全性也较差，不支持文件权限和加密等功能。目前，FAT32主要用于一些容量较小的可移动存储设备，或者在需要与非常老旧的操作系统兼容的情况下使用，在现代Mac使用场景中已逐渐被exFAT取代。

✅ NTFS

NTFS是Windows系统默认的文件系统格式，Mac对NTFS的支持分为两种情况，通常情况下Mac只能对NTFS格式的存储设备进行读取操作，而写入操作需要借助第三方软件（如盛炫NTFS for Mac、Tuxera NTFS等）来实现。NTFS支持复杂的文件权限管理、文件加密、压缩等功能，文件和卷的容量也支持到较大的规模。如果用户需要在Mac上对NTFS格式的设备进行写入操作，安装第三方软件后可以实现，但需要注意第三方软件的稳定性和兼容性问题。

以上就是常见的Mac文件系统格式。不难看出HFS+和APFS是Mac独有的文件系统格式，但无法在Windows操作系统上使用；exFAT和FAT32均兼容Windows和macOS双系统，前者支持大容量、大文件，应用更为广泛；NTFS格式的硬盘在Mac上只能读取数据而无法写入数据，如果要让Mac电脑顺畅读写NTFS硬盘则需安装第三方NTFS驱动 - 比如盛炫NTFS for Mac。

Mac文件系统对比表格

如何在Mac上格式化硬盘

Mac电脑的系统盘格式是固定的（比如APFS），不建议更改。但对于移动硬盘、U盘和内存卡，可以通过磁盘工具“抹掉”功能来格式化并转换格式。下面是详细步骤。

1. 备份好硬盘中的数据。格式化会抹掉硬盘中的数据，所以格式化前需进行备份。
2. 在“访达 > 应用程序 > 实用工具”中找到并打开磁盘工具。

3. 打开“磁盘工具”后在左侧选择需要格式化的硬盘（建议选择整个硬盘而不是某个卷），然后在右侧顶部点击“抹掉”。

   在弹窗中对硬盘进行命名，然后选择格式（即文件系统）。选择好后点击“抹掉”。

4. 随后将该硬盘进行格式化。完成后返回主界面，查看硬盘详细信息。

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