ReFS проти NTFS: коли використовувати кожен з них і чому це важливо

Коли ви працюєте з Windows Server, віртуалізація, SQL Server або великі файлові сервериНастає момент, коли питання неминуче: що краще для мене, NTFS чи ReFS? Це не лише технічне питання; вибір правильної файлової системи впливає на продуктивність, максимальну ємність, стійкість до пошкодження даних і навіть на те, які функції Windows ви можете використовувати.

В останні роки Microsoft активно просувала ReFS (Resilient File System) як чудовий союзник для сучасних робочих навантажень, не відмовляючись від NTFS, яка залишається основною файловою системою для завантаження Windows та для багатьох класичних сценаріїв. Дійсне розуміння того, що пропонує кожна з них, їхніх обмежень та недоліків, є ключем до уникнення помилок під час проектування виробничого середовища.

Що таке NTFS і чим вона відрізняється?

NTFS (New Technology File System) Це еталонна файлова система у Windows з часів Windows NT. Це формат за замовчуванням у настільних та серверних версіях, і вона залишається єдиною файловою системою, що підтримується для встановлення та завантаження Windows, а також для файлу підкачки та знімних носіїв, якими керує система.

Одна з його великих сильних сторін полягає в тому, безпека на рівні файлівNTFS підтримує списки контролю доступу (ACL), детальні дозволи, аудит та інші функції безпеки, які дозволяють точно контролювати, хто до чого отримує доступ. Він також включає Шифрування EFS (шифрування файлової системи) для захисту даних на рівні файлів, незалежно від BitLocker.

NTFS також виділяється своєю розширені функції керування сховищем: дискові квоти на користувача, прозоре стиснення на рівні файлу або папки, розріджені файли, розширені атрибути, короткі імена, альтернативні потоки даних, жорсткі та символічні посилання, точки монтування та точки з'єднання, серед іншого.

Щодо цілісності, NTFS використовує система ведення журналу який веде журнал змін метаданих файлової системи. У разі раптового відключення живлення або системного збою цей журнал дозволяє швидко відновити стабільний стан тома. Це на додаток до так званого самостійний ремонт файлової системи, що може виправити певні проблеми без необхідності відмонтування тома.

Оскільки Windows Server 2008, NTFS також операції (Транзакційна NTFS), яка дозволяє групувати операції запису в атомарну транзакцію: або записуються всі, або жодна. Хоча сьогодні вона не використовується широко, вона була розроблена для програм, що вимагають дуже суворої узгодженості файлової системи.

Що таке ReFS і яка його мета?

ReFS (стійка файлова система) відображається разом із Windows Server 2012 Відповідь Microsoft на нові потреби включає зберігання величезних обсягів даних, мінімізацію ризику прихованої поломки та безперебійну роботу зі сховищами даних та високовіртуалізованими середовищами. Їхня мета — не повністю замінити NTFS, а запропонувати оптимізовану систему для... стійкість, цілісність та масштабованість.

З точки зору дизайну, ReFS базується на ідеї наскрізний захист данихУсі метадані файлової системи містять контрольні суми, а також, за бажанням, дані користувача також містять контрольні суми, що використовують послідовності цілісності. Ці контрольні суми дозволяють системі точно виявляти пошкодження та вживати відповідних заходів.

ReFS використовує модель копіювання під час запису (транзакційне призначення запису)Замість перезапису існуючих блоків, коли файл або метадані змінюються, зміни записуються в нові блоки, а посилання оновлюються лише тоді, коли все правильно. Це значно зменшує ймовірність відключення живлення, яке призведе до неузгодженого стану внутрішніх структур.

Інтеграція з Місця зберігання Це ще один наріжний камінь ReFS. Працюючи з дзеркальними або парними дисковими пулами, якими керують Storage Spaces, ReFS може використовувати надлишкові копії для автоматичного відновлення пошкоджених блоків: якщо він виявляє пошкодження в блоці, він зчитує справну копію та перезаписує правильний вміст, і все це без переведення тома в автономний режим.

Крім того, ReFS включає процес очищення або скрабування періодичний, відомий як «скраббер цілісності», який сканує дані у фоновому режимі, перевіряє їх контрольні суми та проактивно виправляє приховані помилки, перш ніж вони вплинуть на програми.

ReFS проти NTFS: надійність та цілісність даних

Якщо ми зосередимось на надійність зберіганняNTFS та ReFS використовують різні підходи. NTFS покладається на журнал транзакцій для забезпечення узгодженості метаданих після збою; під час перезавантаження системи вона переглядає журнал і повертається до узгодженого стану. Коли вона знаходить пошкоджені сектори, вона позначає їх як пошкоджені, ізолює їх та перерозподіляє дані на інші кластери.

Самовідновлення NTFS дозволяє виявляти певні типи пошкоджень та виправляти їх на льоту, без відключення тома. Крім того, завдяки реєстрації всіх змін метаданих система може швидше відновлюватися після збою або перерваної міграції даних, пропонуючи... високий рівень довіри до файлової системи у традиційних виробничих умовах.

ReFS, зі свого боку, виводить цілісність на новий рівень завдяки контрольна сума для метаданих і данихМодель копіювання під час запису та інтеграція зі сховищами. Коли потоки цілісності ввімкнено та використовується дзеркальний або парний простір, ReFS може виявляти непомітне пошкодження (бітове руйнування) та автоматично виправляти його, зчитуючи справну копію.

У сценаріях, коли немає іншої копії блоку (наприклад, один диск без резервування), ReFS не може «вгадати» правильний вміст; у таких випадках Видаліть пошкоджені дані з простору імен Щоб запобігти роботі програм із пошкодженими даними, важливо намагатися підтримувати працездатність та доступність тома, примусово перемикаючи автономні режими лише в крайніх випадках.

Ще однією ключовою відмінністю є проактивне виправлення помилокХоча в NTFS виявлення пошкоджень зазвичай є реактивним (коли процес намагається прочитати файл або коли запускаються такі інструменти, як chkdsk), ReFS містить фонову перевірку, яка періодично сканує том, порівнює контрольні суми та запускає відновлення без втручання адміністратора.

ReFS проти NTFS: продуктивність на практиці

Що стосується чистої продуктивності, NTFS продовжує пропонувати дуже надійну та універсальну поведінку. Вона підтримує... стиснення файлів що ефективно збільшує корисну ємність диска, хоча й ціною деякого навантаження на процесор. дискові квоти Вони спрощують контроль простору, виділеного кожному користувачеві, а можливість змінювати розмір томів (збільшувати або, в деяких випадках, зменшувати) за допомогою нерозподіленого простору додає гнучкості в управління.

Крім того, Транзакції NTFS Вони дозволяють певним критично важливим програмам забезпечити атомарне виконання набору складних файлових операцій. І хоча фрагментація файлів зрештою може знизити продуктивність, для пом'якшення цього ефекту доступні інструменти дефрагментації та найкращі практики (такі як відповідні розміри кластерів).

З іншого боку, ReFS дуже зосереджений на покращенні продуктивності в великомасштабні середовища віртуалізації та зберігання данихОдна з ключових його функцій — оптимізація рівнів у режимі реального часу при використанні зі сховищами: один том ReFS можна розділити на рівень продуктивності (наприклад, SSD) та рівень ємності (повільніші, більші диски). Записи виконуються спочатку на швидкому рівні, а великі або холодні блоки автоматично переміщуються на рівень ємності без ручного втручання.

Для робочих навантажень Hyper-V ReFS пропонує такі специфічні функції, як клонування блоківПід час клонування віртуальної машини або об'єднання контрольних точок ReFS фізично не копіює всі дані, а оновлює метадані, вказуючи на ті самі блоки, генеруючи майже миттєві клони та зменшуючи навантаження вводу-виводу.

Іншою ключовою функціональністю є Розріджена VDL (розріджена довжина допустимих даних)Це дозволяє надзвичайно швидко «обнулювати» файли. На практиці це означає майже миттєве створення файлів VHD/VHDX, що є дуже цінною функцією на платформах віртуалізації з багатьма машинами.

Слід зазначити, однак, що всі ці розширені можливості мають свою ціну: ReFS зазвичай споживає більше процесора та пам'яті NTFS, особливо коли ввімкнено всі функції цілісності та керується великий том. У системах з високим навантаженням або з обмеженими ресурсами ці накладні витрати можуть стати помітними.

Масштабованість: максимальні розміри та імена файлів

Одна з областей, де ReFS справді сяє, це масштабованістьТеоретично NTFS підтримує томи до 16 екзабайт, але на практиці поширені реалізації працюють зі значно скромнішими обмеженнями та типовим максимальним розміром файлів 256 ТБ у задокументованих сценаріях.

У конкретних, широко використовуваних реалізаціях, фігури розмір файлу до 256 ТБ та том 256 ТБ Для довідки, їх достатньо для переважної більшості класичних серверних середовищ, але вони можуть бути недостатніми, коли мова йде про масивні репозиторії, великі приватні хмари або неструктуроване сховище даних у величезних масштабах.

ReFS був розроблений для обробки обсяги та файли, що значно перевищуютьНа платформах, де його використання було задокументовано, повідомляється про розміри файлів до 35 ПБ та томи до 35 ПБ, що приблизно в 137 разів перевищує практичну ємність, що приписується NTFS у багатьох конфігураціях. Теоретично, конструкція ReFS дозволяє масштабування в сотні тисяч ексабайт.

Щодо імен файлів та шляхів, це дозволяють як NTFS, так і ReFS імена файлів до 255 символів та максимальні шляхи 32 768 символів. Різниця полягає в тому, що ReFS постачається краще оснащеним для роботи з довгими шляхами, тоді як у NTFS рекомендується вручну вимкнути певні обмеження сумісності зі старими системами, якщо ви хочете скористатися цими максимальними значеннями.

L розміри кластерів (одиниця розподілу) Вони також впливають на масштабованість та продуктивність. NTFS дозволяє вибирати між 512 байтами та 64 КБ, хоча на практиці для загального використання рекомендується 4 КБ, оскільки це забезпечує хороший баланс між витраченим простором на невеликі файли та загальною продуктивністю. У середовищах, що потребують понад 16 ТБ, часто вибирають 64 КБ, щоб уникнути обмежень розміру кластера.

ReFS пропонує дещо вужчий діапазон, зазвичай від 4 КБ до 64 КБ. Як і у випадку з NTFS, рекомендується використовувати 4 КБ для більшості сценаріїв та зарезервувати 64 КБ для середовищ з високою послідовністю завантажень або гігантськими обсягами, де такий вибір підвищує ефективність.

Де кожна файлова система найкраще підходить

На практиці дійсні як NTFS, так і ReFS. файлові сервери та спільні томиАле підхід відрізняється. ReFS зазвичай є кращим вибором, коли маєте справу з великими обсягами даних, пулами сховищ на основі просторів зберігання та середовищами з багатьма віртуальними машинами або великими сховищами резервних копій.

Однак ReFS все ще тягнеться функціональні обмеження Існують суттєві обмеження, які не дозволяють вважати його повноцінною заміною NTFS. Наприклад, наразі Windows не можна завантажити з тома ReFS, немає підтримки стиснення файлової системи, шифрування EFS недоступне, він не керує дисковими квотами або розширеними атрибутами так само, як NTFS, а підтримка знімних носіїв дуже обмежена або відсутня.

Через це NTFS все ще майже обов'язковий для системні розділи, диски, на яких розміщені користувацькі програми, зовнішні носії інформації та багато змішаних сценаріївКрім того, багато сторонніх інструментів, утиліт резервного копіювання та програмного забезпечення для керування сховищами все ще набагато краще підходять для NTFS, що також впливає на рішення.

З іншого боку, ReFS почувається "у своїй стихії" як файлова система для репозиторії резервних копій, томи Hyper-V VHDX, великі файли даних, що повільно змінюються, та масові сховищаПоєднання цілісності, клонування блоків та рівнів зберігання в режимі реального часу робить його ідеальним кандидатом для такого типу робочого навантаження.

Порівняння характеристик: що є в одного, чого немає в іншого

Порівнюючи доступні функції, стає зрозуміло, що ReFS успадкував багато можливостей від NTFS, але також і те, що NTFS продовжує пропонувати більш повний набір інструментів. на деяких ключових фронтах.

Обидві файлові системи підтримують BitLocker для повного шифрування диска, дедуплікації (у випадку ReFS, починаючи з певних версій, таких як Windows Server 1709 і новіших), підтримки кластерних спільних томів (CSV), символічних посилань, кластерів відновлення після відмови, ACL, ведення журналу USN, сповіщень про зміни, точок приєднання, точок монтування, точок відтворення сканування, знімків томів, ідентифікації файлів, ортоблокувань та розріджених файлів.

Як NTFS, так і ReFS можуть працювати з резервування штрафів та операції обрізання/скасування при використанні в просторах сховища, таким чином оптимізуючи використання фізичного простору. ReFS також додає такі функції, як клонування блоків, розріджений VDL, парність із дзеркальним прискоренням та, в останніх версіях, таких як Windows Server 2022, екземпляри на рівні файлів, що ще більше покращує продуктивність у деяких сценаріях.

Що стосується NTFS, то ReFS має ряд функцій, яких немає: стиснення файлової системи, шифрування EFS, транзакції NTFS, повні жорсткі посилання, ідентифікатори об'єктів, короткі імена, розширені атрибути, дискові квоти, підтримка завантаження, підтримка файлу підкачки та знімні носії, а також ODX (передача даних з вивантаженням) у деяких сценаріях.

Це пояснює, чому, незважаючи на свої технічні переваги, ReFS поки що не може замінити NTFS У повсякденному використанні недостатньо покриття в областях, які активно використовуються адміністраторами та програмами, і Microsoft чітко дала зрозуміти, що її намір полягає в тому, щоб вони співіснували, а не щоб одне виключало інше в короткостроковій перспективі.

Версії ReFS та сумісність з Windows

Ще один аспект, який не можна не помітити, це сумісність між версіями ReFS та різними випусками WindowsReFS з часом розвивався, з'являлися нові внутрішні версії (1.1, 1.2, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.7, 3.9…), і не всі з них монтуються або підтримуються на всіх версіях операційної системи.

Наприклад, ранні версії 1.x підтримуються у Windows Server 2012, 2012 R2, Windows 8.1, а також у пізніших збірках, таких як Windows 10 v1507, v1607, v1703, v1709, v1803, Windows 11 та Windows Server 2022. Однак версії 3.x підтримуються лише починаючи з деяких новіших версій.

Версії, подібні до ReFS 3.1 та 3.2 Їх більше не можна встановлювати на Windows Server 2012 або Windows 8.1, і для них потрібна принаймні Windows Server 2016 або певні версії Windows 10. Зі збільшенням нумерації (3.3, 3.4, 3.7, 3.9) сумісність практично обмежується останніми версіями Windows 10/11 та Windows Server 2019/2022.

Це означає, що під час розробки рішення на основі ReFS вкрай важливо чітко розуміти З яких систем буде доступ до цих томів?Монтування тома, створеного за допомогою нової версії ReFS, на старій системі може бути неможливим, що ускладнює міграцію або відновлення, якщо це не сплановано належним чином.

ReFS та Hyper-V: чи це все ще найкраща практика?

У світі Hyper-V рекомендація використовувати Томи ReFS для зберігання VHD/VHDX Починаючи з Windows Server 2012 R2, саме завдяки перевагам у продуктивності та управлінні: майже миттєве створення дисків, швидке клонування машин, покращена цілісність даних та чудова синергія зі Storage Spaces Direct.

Деякі постачальники останніми роками припускали, що Microsoft пом'якшила цю рекомендацію, але правда полягає в тому, що В офіційній документації та навчальних матеріалах Microsoft ReFS продовжує бути рекомендованим варіантом. для томів даних віртуальних машин у Windows Server 2016, 2019 та пізніших версіях, особливо під час використання Storage Spaces Direct.

Це відповідає досвіду роботи у виробничому середовищі: на хостах під керуванням Windows Server 2019 або 2022, на SSD-масивах SAN (наприклад, RAID 1+0 з кількома терабайтами для віртуальних машин), багато адміністраторів продовжують обирати ReFS для дисків даних Hyper-V, резервуючи NTFS для системного розділу.

У цих сценаріях поєднання клонування блоків, розріджений VDL та інтеграція з просторами зберігання даних Зазвичай це призводить до значного збільшення ефективних операцій вводу-виводу в секунду та значного скорочення часу обслуговування таких завдань, як розгортання нових віртуальних машин або керування контрольними точками.

Однак важливо переконатися, що всі інструменти резервного копіювання та реплікації, які будуть використовуватися (Veeam, Nakivo тощо), мають Повна сумісність з ReFS та конкретною версією Windows Server під питанням. Основні виробники давно підтримують цей сценарій, але не завадить підтвердити його в матриці сумісності кожного продукту.

ReFS проти NTFS для SQL Server та баз даних

Коли ми потрапляємо в поле SQL ServerПорівняння стає дещо складнішим. NTFS — це досвідчена система, ретельно протестована у виробництві та підтримувана величезною екосистемою інструментів і найкращих практик. Вона підтримує всі функції, які зазвичай використовуються на серверах баз даних, і хоча їй можуть бути проблеми з масивним навантаженням вводу-виводу та великими обсягами, її поведінка передбачувана.

Теоретично, ReFS пропонує очевидні переваги для баз даних: підвищену стійкість, зменшення фрагментації та гарну інтеграцію зі сховищами, що дозволяє створювати великі, дзеркальні або парні дискові пули з автоматичною корекцією помилок. Це може здатися ідеальним для інтенсивно використовуваних файлів MDF, NDF та LDF.

Однак, є важливий нюанс: SQL Server самостійно керує цілісністю даних через транзакції ACID, внутрішні контрольні суми та складні механізми відновлення. Microsoft, фактично, рекомендує вимкнути потоки цілісності ReFS для файлів бази даних саме для того, щоб файлова система не намагалася «виправити» речі, які SQL Server повинен самостійно виявляти та обробляти.

Вимкнення цих функцій втрачає одну з головних теоретичних переваг ReFS, і ми все ще маємо недолік, який ReFS... Він споживає більше процесора та пам'яті. NTFS. На дуже вимогливих серверах баз даних, де кожен цикл процесора має значення, це навантаження може негативно вплинути на загальну продуктивність.

З цієї причини багато спеціалістів з SQL Server досі надають перевагу NTFS для томів, де розміщені виробничі бази данихReFS зарезервовано, щонайбільше, для резервних томів або вторинного сховища, де дедуплікація та інші функції можуть додати цінності, не завдаючи шкоди механізму бази даних.

ReFS, дедуплікація та резервне копіювання

La дедуплікація даних Це ще один важливий елемент під час обговорення ReFS та середовищ резервного копіювання. У деяких версіях Windows Server ReFS дозволяє ввімкнути дедуплікацію на томах, що використовують цю файлову систему, що дуже корисно для сховищ резервних копій, де багато блоків повторюються в різних точках відновлення.

У випадку SQL Server дедуплікація не застосовується та не рекомендується для файлів бази даних, що використовуються, оскільки внутрішні блоки є унікальними та високоструктурованими. Однак це може мати сенс у томи резервних копій бази данихде дедуплікація допомагає зменшити простір, займаний дуже схожими послідовними копіями.

Тим не менш, використання дедуплікації для резервного копіювання створює певний ризик: дедупліковані дані потім залежать від меншого набору фізичних блоків, створюючи певний єдина точка відмовиЯкщо структура дедуплікації буде серйозно пошкоджена, може бути втрачено кілька резервних копій одночасно.

Тому, хоча поєднання ReFS та дедуплікації є дуже привабливим для економії місця у великих репозиторіях, доцільно ретельно розробляти стратегію резервного копіювання, підтримуючи Додаткові копії на інших носіях або в інших місцях які не залежать виключно від цього механізму.

Багато виробників рішень для резервного копіювання віртуалізації, таких як Резервне копіювання та реплікація NAKIVOVeeam та інші оптимізували свої продукти, щоб скористатися перевагами ReFS: інкрементальні резервні копії, використання CBT/RCT (відстеження змінених блоків/стійке відстеження змін), синтетичні резервні копії, підтримка апаратних пристроїв дедуплікації тощо. Ці рішення часто покладаються на ReFS для... максимальна економія місця та швидкість відновлення, застосовуючи при цьому власні механізми дедуплікації та стиснення.

NTFS, ReFS та їх поява у Windows 11

Донедавна ReFS практично обмежувався серверні видання У Windows 10 вже були деякі особливі випадки. Однак у нещодавніх збірках Windows 11, особливо в каналі Canary, Microsoft почала тестування чисті установки Windows 11 на ReFS, що надає користувачеві можливість вибрати між NTFS (за замовчуванням) та ReFS під час майстра встановлення.

У цих попередніх збірках, під час вибору розділу, куди буде встановлено систему, з'являється випадаюче меню, яке дозволяє форматувати в NTFS або ReFS, що відкриває можливості для потенційного запуску Windows 11 безпосередньо на цій файловій системі на клієнтських комп'ютерах у майбутньому.

Головна мотивація полягає в тому, що ReFS забезпечує на папері, Покращена цілісність даних, підтримка більших томів і файлів, а також дуже хороша продуктивність із сучасними накопичувачами (SSD-накопичувачі NVMe тощо). Однак, доки певні критично важливі компоненти залежать від NTFS (завантаження, сумісність з певними інструментами тощо), очікується, що перехід буде поступовим.

Для адміністратора та досвідченого користувача це означає, що в найближчі роки це ставатиме дедалі важливішим Опанування відмінностей між NTFS та ReFSнавіть у середовищах робочого столу. Правильне керування дисками, розділами та резервними копіями передбачатиме розуміння того, що кожна файлова система виграє та втрачає в кожному конкретному сценарії.

Коротше кажучи, NTFS залишається основою, на якій побудована вся екосистема Windows, але ReFS зарекомендував себе як ключовий компонент для Сучасні сховища, віртуалізація та великі сховища данихВибір найбільш підходящого варіанту в кожному томі — це не питання моди, а уважне ознайомлення з вимогами до продуктивності, стійкості та сумісності, а також спирання на велику роботу, яку Microsoft та спільнота зібрали за останні роки.