Какая файловая система лучше для windows 10. Современная файловая система REFS: особенности и сюрпризы. Какая файловая система быстрее ReFS или NTFS

Новая файловая система ReFS от Microsoft первоначально появилась на серверах под управлением Windows 2012. И только позже она была включена в Windows 10, где может быть использована только как часть функции Storage Spaces (технология виртуализации дискового пространства) пула дисков. В Windows Server 2016 Microsoft обещают значительно улучшить работу с файловой системой ReFS, к тому же, по попадающим слухам в печать, ReFS может прийти на замену устаревшей файловой системе NTFS в новой версии Windows 10, которая гордо носит название Windows 10 Pro (для продвинутых ПК).

Но что же на самом деле представляет собой ReFs, чем она отличается от ныне используемой файловой системы NTFS и какие плюсы она в себе несет

Что такое ReFS

Если коротко, то она разрабатывалась, как отказоустойчивая файловая система. ReFS – это новая файловая система, созданная с использованием кода и по сути является переработанной и улучшенной файловой системой NTFS. К ним относятся улучшенная надежность хранения информации, стабильная работа в стресс режимах, размеры файлов, томов, каталогов, количество файлов в томах и каталогах ограничена лишь величиной знаков 64-битного числа. Напомним, что максимально при такой величине максимальный размер файла будет равен 16 эксбибайт, а размер тома 1 йобибайт.

На текущий момент ReFS – не замена NTFS. Она имеет свои преимущества и недостатки. Но вы не сможете, скажем, отформатировать диск и установить на него свежую копию Windows так как бы вы сделали это на NTFS.

ReFS защищает ваши данные

ReFS использует контрольные суммы для метаданных, а также может использовать контрольные суммы для файлов данных. Каждый раз, когда вы читаете или записываете файлы, ReFS проверяет контрольную сумму, чтобы убедиться в ее правильности. Это означает, что сама файловая система имеет инструмент, способный обнаруживать искаженные данные на лету.

ReFS интегрирована с функцией Storage Spaces. Если вы настроили зеркалирование с поддержкой ReFS, Windows легко обнаружит повреждение файловой системы и автоматически устранит, скопировав отзеркалированные данные на поврежденный диск. Данная функция доступна как для Windows 10, так и для Windows 8.1.

В случае если ReFS обнаруживает поврежденные данные, а требуемой копии данных для восстановления нет, файловая система в состоянии сразу же удалить поврежденные данные с диска. Для этого не потребуется перезагрузки системы в отличие от NTFS.

ReFS не только проверяет целостность файлов во время записичтения. Она автоматически сканирует целостность данных, регулярно проверяя все файлы на диске, идентифицируя и исправляя поврежденные данные. В таком случае отпадает необходимость периодически запускать команду chkdsk для проверки диска.

Новая файловая систем также устойчива при повреждении данных иными способами. Например, вы обновляете метаданные файла (пускай имя файла). Файловая система NTFS напрямую изменить метаданные файла. Если в это время произойдет сбой системы (отключиться питания) большая вероятность, что файл будет поврежден. Когда вы изменяете метаданные, файловая система ReFS создает новую копию метаданных. Файловая система не перезаписывает старые метаданные, а записывает их в новый блок. При этом исключается возможность повреждения файла. Такая стратегия называется “copy-on-write” (копирование при записи, выделение при записи). Данная стратегия доступна в других современных файловых системах, таких как ZFS и BtrFS в Linux, а также в новой файловой системе Apple APFS.

Ограничения файловой системы NTFS

ReFS более современна, чем NTFS и поддерживает гораздо большие объемы данных и более длинные имена файлов. В долгосрочной перспективе это очень важно.

В файловой системе NTFS путь к файлу ограничен 255 символами. В ReFS максимальное количество символов составляет уже внушительные 32768 символов. В настоящее время в Windows 10 существует возможность отключить символьный элемент для NTFS. На дисковых томах ReFS такой лимит по умолчанию отключен.

ReFS не поддерживает имена файлов в формате DOS 8.3. На томах NTFS вам доступны папки “CProgram Files”, “CProgra`1”. Они нужны для совместимости со старым программным обеспечением. В ReFS вы не найдете привычных нам папок. Они удалены.

Теоретический максимальный объем данных, поддерживаемый NTFS – 16 эксабайт, ReFS поддерживает до 262144 эксабайт. Сейчас такая цифра кажется просто огромной.

Производительность ReFS

Разработчики не ставили цель создать более производительную файловую систему. Они сделали более оптимизированную систему.

Например, при использовании с массивом, ReFS поддерживает оптимизацию уровней в режиме реального времени. У вас собран пул из накопителей, состоящий из двух дисков. Первый диск подобран с расчетом на высокую скорость работы, быстрый доступ к данным. Второй диск подобран с критерием надежности, под долговременное хранение данных. В фоновом режиме ReFS автоматически переместит большие куски данных на более медленный диск, обеспечив тем самым надежность сохранения данных.

В Windows Server 2016 разработчики добавили инструмент, обеспечивающий повышение производительности с помощью определённых функций виртуальных машин. Например, ReFS поддерживает копирование блоков, что ускоряет процесс копирования виртуальных машин и операций слияния контрольных точек. Чтобы создать копию виртуальной машины, ReFS создает новую копию метаданных на диске и указывает ссылку на скопированные данные на диске. Это сделано для того, чтобы с помощью ReFS несколько файлов могли ссылаться на одни и те же базовые данные на диске. После того, как вы, поработав с виртуальной машиной, измените данные они записываются на диск в другое место, а исходные данные виртуальной машины остаются на диске. Это значительно ускоряет процесс создания копий и уменьшает нагрузку на диск.

ReFS поддерживает “Sparse VDL” (разряженные файлы). Разряженный файл – это файл, в котором последовательность нулевых байтов заменена информацией об этой последовательности (список дыр). Дыры – определенная последовательность нулевых байт внутри файла, не записанных на диск. Сама информация о дырах хранится в метаданных файловой системы.

Технология поддержки разряженных файлов позволяет быстро записывать нули в большой файл. Это значительно ускоряет процесс создания нового, пустого файла виртуального жесткого диска фиксированного размера (VHD). Создание такого файла в ReFS занимает несколько секунд, тогда как в NTFS подобная операция занимает до 10 минут.

И все же ReFS не в состоянии полностью заменить NTFS

Все, что мы описали выше звучит неплохо, но вы не сможете переключиться на ReFS из NTFS. Windows не может загрузиться из файловой системы ReFS, требуя при этом NTFS.

В ReFS отсутствуют многие технологии, доступные в NTFS. Например, сжатие и шифрование файловой системы, жесткие ссылки, расширенные атрибуты, дедупликацию данных и дисковые квоты. При этом в отличие от NTFS ReFS поддерживает технологию полного шифрования данных - BitLocker.

В Windows 10 вы не сможете отформатировать раздел диска с ReFS. Новая файловая система доступна только для систем хранения, где ее основная функция защитить данные от повреждения. В Windows Server 2016 вы сможете отформатировать раздел диска в ReFS. Вы сможете использовать его для запуска виртуальных машин. Но вы не сможете выбрать его в виде загрузочного диска. Windows загружается только с файловой системы NTFS.

Непонятно, какое будущее Microsoft уготовило новой файловой системе. Возможно, в один прекрасный момент она полностью заменит NTFS во всех версиях Windows. Но на данный момент ReFS можно использовать только для определенных задач.

Применение ReFS

Выше было много сказано в поддержку новой операционной системы. Описаны минусы и плюсы. Предлагаю остановиться и подвести итог. Для каких же целей можно, а может и нужно использовать ReFS.

В Windows 10 ReFS применим только в совокупности с компонентом Storage Spaces. Обязательно отформатируйте свой диск, выделенный под хранение данных в ReFS, а не NTFS. В таком случае вы сможете в полной мере оценить надежность хранения данных.

В Windows Server вы сможете отформатировать раздел под ReFS с помощью стандартного инструмента Windows в консоли управления дисками. Рекомендуется обязательно отформатировать под ReFS, если вы используете виртуальные сервера. Но помните, что загрузочный диск должен быть отформатирован под NTFS. Загрузка из-под файловой системы ReFS не поддерживается операционными системами Windows.

Новая файловая система ReFS и Windows 10 | 2017-06-28 06:34:15 | Super User | Системное ПО | https://сайт/media/system/images/new.png | Новая файловая система от Microsoft ReFS пришла на замену устаревшей NTFS.Какие плюсы ReFS несет в себе и чем она отличается от NTFS | refs, refs или ntfs, refs windows 10, refs файловая система, новые файловые системы, система ntfs, файловая система ntfs

В 2012 году компания Microsoft решила усовершенствовать файловую систему NTFS и выпустила тестовую, более надёжную версию ReFS (Resilient File System).

Сегодня этот формат доступен для пользователей операционной системы Windows 8/8.1 и Windows 10. Система Windows 7 и более ранние версии не работают с устройствами данного формата. Как же изменить формат флешки на ReFS в Windows 8/8.1 и Windows 10?

Преимущества и недостатки формата ReFS

Такая файловая система имеет массу преимуществ. Однако они, так как и на начальном этапе становления NTFS, достаточно шаткие.

Среди преимуществ ReFS стоит выделить:

• Каталогизированное расположение файлов;
• Отказоустойчивость, которая реализована фоновыми процессами восстановления и журналирования. Однако, вместе с тем, это качество является и недостатком. По сути, если накопитель выйдет из строя, никаких инструментов для его восстановления вы не найдёте.
• Автоматическое исправление ошибок и повреждений файлов.
• Копирование, запись и перемещение файлов больших размеров.

• Поддержка символьных ссылок.
• Высокая скорость передачи данных.

Среди недостатков данной системы стоит выделить:

• Несовместимость с операционными системами Windows 7 и ниже;
• Отсутствие программ для конвертирования;
• Фиксированный размер кластера в 67 Кб;
• Нет квотирования;
• Отсутствие дедубликации (файлы будут копироваться по 2 и больше экземпляров).

И хотя преимущества значительные, однако файловая система NTFS ещё несколько лет будет занимать лидирующую позицию. Если же у вас установлена ОС Windows 8/8.1 или Windows 10, можно отформатировать один накопитель и протестировать ReFS.

Форматируем флешку в ReFS

Чтобы отформатировать накопитель в ReFS, необходимо внести изменения в редакторе реестра. Для этого жмём «Win+R» и вводим «regedit».

Откроется редактор реестра. Переходим по ветке «HKEY_LOCAL_MACHINE», «SYSTEM»,

Жмём на разделе правой кнопкой мыши и выбираем «Создать», «Параметр DWORD». Называем параметр «RefsDisableLastAccessUpdate» и задаём значение «1».

В разделе «Control» этой же ветки, стоит создать новый раздел. Называем его «MiniNT». В нём создаем параметр DWORD с названием «AllowRefsFormatOverNonmirrorVolume» и значением «1».

Перезагружаем ПК, чтобы изменения вступили в силу.

Также отформатировать накопитель можно с помощью консоли Disk Management. Для этого нужно ввести команду «format e:/fs:refs», а после нажать «Yes».

Способ хранения чего бы то ни было обычно всегда подразумевает некую упорядоченность, но если в человеческом быту она не является обязательным условием, то в мире компьютеров хранение данных без нее практически невозможно. Свое отражение эта упорядоченность нашла в файловой системе – понятии знакомом большинству пользователей разных электронных устройств и операционных систем.

Файловую систему можно сравнить с некой разметкой, определяющей, как, где и каким способом должен быть записан на носитель каждый байт. Появившиеся на заре электронной эры первые файловые системы были весьма несовершенны, как, например, Minix – файловая система, имеющая массу ограничений и используемая в одноименной операционной системе Minix, ставшей впоследствии прообразом ядра Linux.

Но время шло, появлялись новые файловые системы, более совершенные и стабильные. Сегодня самой востребованной из них, по крайней мере среди пользователей Windows, является NTFS, пришедшая на смену FAT32, используемой ныне разве что во флеш-накопителях малого объёма и имеющей немало недостатков, из коих наиболее значительным считается невозможность записи файлов размером более 4 Гб. Впрочем, не лишена их и NTFS. Так, по мнению многих специалистов, ей не хватает экономичности, производительности и стабильности, следовательно, пришла пора подумать о создании еще более совершенной файловой системы, способной удовлетворить растущие требования со стороны сначала серверных, а за ними и клиентских систем.

И вот, в 2012 году разработчики Microsoft представили Resilient File System или сокращенно ReFS –восстанавливаемую файловую систему, позиционируемую в роли альтернативы NTFS, а в будущем, возможно, и ее замены. По сути, ReFS является продолжением развития NTFS, из коей было принято решение удалить все лишнее, так и не ставшее востребованным, а вместо него добавить новые фичи.

Новое в Resilient File System:

• Архитектура с использованием функции (дисковые пространства)
• Высокая отказоустойчивость. Ошибки файловой системы, которые в NTFS приводили к потере данных, в ReFS будут сведены к минимуму
• Изоляция поврежденных участков. В случае повреждения областей файловой системы доступ к записанным данным можно будет получать из-под работающей Windows
• Упреждающее исправление ошибок. Автоматическое сканирование томов на предмет повреждений и применение профилактических мер по восстановлению данных
• Автоматическое восстановление вложенных папок и связанных с ними файлов при повреждении метаданных
• Использование избыточной записи для повышения отказоустойчивости
• Максимальный размер тома в ReFS может достигать 402 Эбайт против 18,4 Эбайт в NTFS
• На отформатированный в ReFS можно записать файл размером 18,3 Эбайт
• Количество файлов в одной папке – 18 трлн. против 4,3 млрд. в NTFS
• Длина имени файла и пути к нему – 32767 против 255 в NTFS

Что будет удалено:

• Поддержка компрессии данных
• Шифрование данных с использованием технологии EFS
• Расширенные атрибуты файлов
• Жесткие ссылки
• Дисковые квоты
• Поддержка коротких имен и ID-объектов
• Возможность изменения размера кластера (остается под вопросом)

Что будет унаследовано от NTFS:

• Списки контроля доступа (ACL)
• Создание снимков тома
• Точки монтирования
• Точки повторной обработки
• Шифрование BitLocker
• Создание и использование символьных ссылок
• Запись всех происходящих в файловой системе изменений (журнал USN)

В настоящее время ReFS находится в стадии раннего тестирования, тем не менее, компьютерные гики могут оценить преимущества ReFS уже сейчас, причем на клиентской системе Windows 8.1 или 10. Для этого нужно будет выполнить следующий твик реестра:

Однако пользоваться ReFS на постоянной основе не рекомендуется. Во-первых, система еще недоработана, во-вторых, какая-либо возможность конвертации в ReFS и наоборот сторонними программами отсутствует, в-третьих, если вы случайно потеряете или удалите с отформатированного в ReFS раздела файлы, восстанавливать их будет нечем, так как программ для восстановления данных, работающих с этой файловой системой пока еще нет.

Стоит ли ждать реализации ReFS в ближайшее время? C большей долей уверенности можно сказать, что нет. Если она получит практическое применение, то сначала на серверных системах, что также случится нескоро, а вот пользователям клиентских Windows придется подождать после этого еще как минимум лет пять. Достаточно вспомнить реализацию NTFS на клиентских системах, а тогда у Microsoft на это ушло семь лет. Ну а самое главное, что особой нужды в ReFS попросту нет. Вот когда появятся на десктопных компьютерах зеттабайтные диски, тогда, возможно, и настанет для ReFS звездный час, а нам пока что только остается запастись терпением и ждать.

Отличного Вам дня!

Почему смартфон может не запускать программы с карты памяти? Чем ext4 принципиально отличается от ext3? Почему флешка проживет дольше, если отформатировать ее в NTFS, а не в FAT? В чем главная проблема F2FS? Ответы кроются в особенностях строения файловых систем. О них мы и поговорим.

Введение

Файловые системы определяют способ хранения данных. От них зависит, с какими ограничениями столкнется пользователь, насколько быстрыми будут операции чтения и записи и как долго накопитель проработает без сбоев. Особенно это касается бюджетных SSD и их младших братьев - флешек. Зная эти особенности, можно выжать из любой системы максимум и оптимизировать ее использование для конкретных задач.

Выбирать тип и параметры файловой системы приходится всякий раз, когда надо сделать что-то нетривиальное. Например, требуется ускорить наиболее частые файловые операции. На уровне файловой системы этого можно достичь разными способами: индексирование обеспечит быстрый поиск, а предварительное резервирование свободных блоков позволит упростить перезапись часто изменяющихся файлов. Предварительная оптимизация данных в оперативной памяти снизит количество требуемых операций ввода-вывода.

Увеличить срок безотказной эксплуатации помогают такие свойства современных файловых систем, как отложенная запись, дедупликация и другие продвинутые алгоритмы. Особенно актуальны они для дешевых SSD с чипами памяти TLC, флешек и карт памяти.

Отдельные оптимизации существуют для дисковых массивов разных уровней: например, файловая система может поддерживать упрощенное зеркалирование тома, мгновенное создание снимков или динамическое масштабирование без отключения тома.

Черный ящик

Пользователи в основном работают с той файловой системой, которая предлагается по умолчанию операционной системой. Они редко создают новые дисковые разделы и еще реже задумываются об их настройках - просто используют рекомендованные параметры или вообще покупают предварительно отформатированные носители.

У поклонников Windows все просто: NTFS на всех дисковых разделах и FAT32 (или та же NTFS) на флешках. Если же стоит NAS и в нем используется какая-то другая файловая система, то для большинства это остается за гранью восприятия. К нему просто подключаются по сети и качают файлы, как из черного ящика.

На мобильных гаджетах с Android чаще всего встречается ext4 во внутренней памяти и FAT32 на карточках microSD. Яблочникам же и вовсе без разницы, что у них за файловая система: HFS+, HFSX, APFS, WTFS... для них существуют только красивые значки папок и файлов, нарисованные лучшими дизайнерами. Богаче всего выбор у линуксоидов, но прикрутить поддержку неродных для операционки файловых систем можно и в Windows, и в macOS - об этом чуть позже.

Общие корни

Различных файловых систем создано свыше сотни, но актуальными можно назвать чуть больше десятка. Хотя все они разрабатывались для своих специфических применений, многие в итоге оказались родственными на концептуальном уровне. Они похожи, поскольку используют однотипную структуру представления (мета)данных - B-деревья («би-деревья»).

Как и любая иерархическая система, B-дерево начинается с корневой записи и далее ветвится вплоть до конечных элементов - отдельных записей о файлах и их атрибутах, или «листьев». Основной смысл создания такой логической структуры был в том, чтобы ускорить поиск объектов файловой системы на больших динамических массивах - вроде жестких дисков объемом в несколько терабайт или еще более внушительных RAID-массивов.

B-деревья требуют гораздо меньше обращений к диску, чем другие типы сбалансированных деревьев, при выполнении тех же операций. Достигается это за счет того, что конечные объекты в B-деревьях иерархически расположены на одной высоте, а скорость всех операций как раз пропорциональна высоте дерева.

Как и другие сбалансированные деревья, B-trees имеют одинаковую длину путей от корня до любого листа. Вместо роста ввысь они сильнее ветвятся и больше растут в ширину: все точки ветвления у B-дерева хранят множество ссылок на дочерние объекты, благодаря чему их легко отыскать за меньшее число обращений. Большое число указателей снижает количество самых длительных дисковых операций - позиционирования головок при чтении произвольных блоков.

Концепция B-деревьев была сформулирована еще в семидесятых годах и с тех пор подвергалась различным улучшениям. В том или ином виде она реализована в NTFS, BFS, XFS, JFS, ReiserFS и множестве СУБД. Все они - родственники с точки зрения базовых принципов организации данных. Отличия касаются деталей, зачастую довольно важных. Недостаток у родственных файловых систем тоже общий: все они создавались для работы именно с дисками еще до появления SSD.

Флеш-память как двигатель прогресса

Твердотельные накопители постепенно вытесняют дисковые, но пока вынуждены использовать чуждые им файловые системы, переданные по наследству. Они построены на массивах флеш-памяти, принципы работы которой отличаются от таковых у дисковых устройств. В частности, флеш-память должна стираться перед записью, а эта операция в чипах NAND не может выполняться на уровне отдельных ячеек. Она возможна только для крупных блоков целиком.

Связано это ограничение с тем, что в NAND-памяти все ячейки объединены в блоки, каждый из которых имеет только одно общее подключение к управляющей шине. Не будем вдаваться в детали страничной организации и расписывать полную иерархию. Важен сам принцип групповых операций с ячейками и тот факт, что размеры блоков флеш-памяти обычно больше, чем блоки, адресуемые в любой файловой системе. Поэтому все адреса и команды для накопителей с NAND flash надо транслировать через слой абстрагирования FTL (Flash Translation Layer).

Совместимость с логикой дисковых устройств и поддержку команд их нативных интерфейсов обеспечивают контроллеры флеш-памяти. Обычно FTL реализуется именно в их прошивке, но может (частично) выполняться и на хосте - например, компания Plextor пишет для своих SSD драйверы, ускоряющие запись.

Совсем без FTL не обойтись, поскольку даже запись одного бита в конкретную ячейку приводит к запуску целой серии операций: контроллер отыскивает блок, содержащий нужную ячейку; блок считывается полностью, записывается в кеш или на свободное место, затем стирается целиком, после чего перезаписывается обратно уже с необходимыми изменениями.

Такой подход напоминает армейские будни: чтобы отдать приказ одному солдату, сержант делает общее построение, вызывает бедолагу из строя и командует остальным разойтись. В редкой ныне NOR-памяти организация была спецназовская: каждая ячейка управлялась независимо (у каждого транзистора был индивидуальный контакт).

Задач у контроллеров все прибавляется, поскольку с каждым поколением флеш-памяти техпроцесс ее изготовления уменьшается ради повышения плотности и удешевления стоимости хранения данных. Вместе с технологическими нормами уменьшается и расчетный срок эксплуатации чипов.

Модули с одноуровневыми ячейками SLC имели заявленный ресурс в 100 тысяч циклов перезаписи и даже больше. Многие из них до сих пор работают в старых флешках и карточках CF. У MLC корпоративного класса (eMLC) ресурс заявлялся в пределах от 10 до 20 тысяч, в то время как у обычной MLC потребительского уровня он оценивается в 3–5 тысяч. Память этого типа активно теснит еще более дешевая TLC, у которой ресурс едва дотягивает до тысячи циклов. Удерживать срок жизни флеш-памяти на приемлемом уровне приходится за счет программных ухищрений, и новые файловые системы становятся одним из них.

Изначально производители предполагали, что файловая система неважна. Контроллер сам должен обслуживать недолговечный массив ячеек памяти любого типа, распределяя между ними нагрузку оптимальным образом. Для драйвера файловой системы он имитирует обычный диск, а сам выполняет низкоуровневые оптимизации при любом обращении. Однако на практике оптимизация у разных устройств разнится от волшебной до фиктивной.

В корпоративных SSD встроенный контроллер - это маленький компьютер. У него есть огромный буфер памяти (полгига и больше), и он поддерживает множество методов повышения эффективности работы с данными, что позволяет избегать лишних циклов перезаписи. Чип упорядочивает все блоки в кеше, выполняет отложенную запись, производит дедупликацию на лету, резервирует одни блоки и очищает в фоне другие. Все это волшебство происходит абсолютно незаметно для ОС, программ и пользователя. С таким SSD действительно непринципиально, какая файловая система используется. Внутренние оптимизации оказывают гораздо большее влияние на производительность и ресурс, чем внешние.

В бюджетные SSD (и тем более - флешки) ставят куда менее умные контроллеры. Кеш в них урезан или отсутствует, а продвинутые серверные технологии не применяются вовсе. В картах памяти контроллеры настолько примитивные, что часто утверждается, будто их нет вовсе. Поэтому для дешевых устройств с флеш-памятью остаются актуальными внешние методы балансировки нагрузки - в первую очередь при помощи специализированных файловых систем.

От JFFS к F2FS

Одной из первых попыток написать файловую систему, которая бы учитывала принципы организации флеш-памяти, была JFFS - Journaling Flash File System. Изначально эта разработка шведской фирмы Axis Communications была ориентирована на повышение эффективности памяти сетевых устройств, которые Axis выпускала в девяностых. Первая версия JFFS поддерживала только NOR-память, но уже во второй версии подружилась с NAND.

Сейчас JFFS2 имеет ограниченное применение. В основном она все так же используется в дистрибутивах Linux для встраиваемых систем. Ее можно найти в маршрутизаторах, IP-камерах, NAS и прочих завсегдатаях интернета вещей. В общем, везде, где требуется небольшой объем надежной памяти.

Дальнейшей попыткой развития JFFS2 стала LogFS, у которой индексные дескрипторы хранились в отдельном файле. Авторы этой идеи - сотрудник немецкого подразделения IBM Йорн Энгель и преподаватель Оснабрюкского университета Роберт Мертенс. Исходный код LogFS выложен на GitHub . Судя по тому, что последнее изменение в нем было сделано четыре года назад, LogFS так и не обрела популярность.

Зато эти попытки подстегнули появление другой специализированной файловой системы - F2FS. Ее разработали в корпорации Samsung, на долю которой приходится немалая часть производимой в мире флеш-памяти. В Samsung делают чипы NAND Flash для собственных устройств и по заказу других компаний, а также разрабатывают SSD с принципиально новыми интерфейсами вместо унаследованных дисковых. Создание специализированной файловой системы с оптимизацией для флеш-памяти было с точки зрения Samsung давно назревшей необходимостью.

Четыре года назад, в 2012 году, в Samsung создали F2FS (Flash Friendly File System). Ее идея хороша, но реализация оказалась сыроватой. Ключевая задача при создании F2FS была проста: снизить число операций перезаписи ячеек и распределить нагрузку на них максимально равномерно. Для этого требуется выполнять операции с несколькими ячейками в пределах того же блока одновременно, а не насиловать их по одной. Значит, нужна не мгновенная перезапись имеющихся блоков по первому запросу ОС, а кеширование команд и данных, дозапись новых блоков на свободное место и отложенное стирание ячеек.

Сегодня поддержка F2FS уже официально реализована в Linux (а значит, и в Android), но особых преимуществ на практике она пока не дает. Основная особенность этой файловой системы (отложенная перезапись) привела к преждевременным выводам о ее эффективности. Старый трюк с кешированием даже одурачивал ранние версии бенчмарков, где F2FS демонстрировала мнимое преимущество не на несколько процентов (как ожидалось) и даже не в разы, а на порядки. Просто драйвер F2FS рапортовал о выполнении операции, которую контроллер только планировал сделать. Впрочем, если реальный прирост производительности у F2FS и невелик, то износ ячеек определенно будет меньше, чем при использовании той же ext4. Те оптимизации, которые не сможет сделать дешевый контроллер, будут выполнены на уровне самой файловой системы.

Экстенты и битовые карты

Пока F2FS воспринимается как экзотика для гиков. Даже в собственных смартфонах Samsung все еще применяется ext4. Многие считают ее дальнейшим развитием ext3, но это не совсем так. Речь идет скорее о революции, чем о преодолении барьера в 2 Тбайт на файл и простом увеличении других количественных показателей.

Когда компьютеры были большими, а файлы - маленькими, адресация не представляла сложностей. Каждому файлу выделялось энное количество блоков, адреса которых заносились в таблицу соответствия. Так работала и файловая система ext3, остающаяся в строю до сих пор. А вот в ext4 появился принципиально другой способ адресации - экстенты.

Экстенты можно представить как расширения индексных дескрипторов в виде обособленных наборов блоков, которые адресуются целиком как непрерывные последовательности. Один экстент может содержать целый файл среднего размера, а для крупных файлов достаточно выделить десяток-другой экстентов. Это куда эффективнее, чем адресовать сотни тысяч мелких блоков по четыре килобайта.

Поменялся в ext4 и сам механизм записи. Теперь распределение блоков происходит сразу за один запрос. И не заранее, а непосредственно перед записью данных на диск. Отложенное многоблочное распределение позволяет избавиться от лишних операций, которыми грешила ext3: в ней блоки для нового файла выделялись сразу, даже если он целиком умещался в кеше и планировался к удалению как временный.

Диета с ограничением FAT

Помимо сбалансированных деревьев и их модификаций, есть и другие популярные логические структуры. Существуют файловые системы с принципиально другим типом организации - например, линейным. Как минимум одной из них ты наверняка часто пользуешься.

Загадка

Отгадай загадку: в двенадцать она начала полнеть, к шестнадцати была глуповатой толстушкой, а к тридцати двум стала жирной, так и оставшись простушкой. Кто она?

Правильно, это история про файловую систему FAT. Требования совместимости обеспечили ей дурную наследственность. На дискетах она была 12-разрядной, на жестких дисках - поначалу 16-битной, а до наших дней дошла уже как 32-разрядная. В каждой следующей версии увеличивалось число адресуемых блоков, но в самой сути ничего не менялось.

Популярная до сих пор файловая система FAT32 появилась аж двадцать лет назад. Сегодня она все так же примитивна и не поддерживает ни списки управления доступом, ни дисковые квоты, ни фоновое сжатие, ни другие современные технологии оптимизации работы с данными.

Зачем же FAT32 нужна в наши дни? Все так же исключительно для обеспечения совместимости. Производители справедливо полагают, что раздел с FAT32 сможет прочитать любая ОС. Поэтому именно его они создают на внешних жестких дисках, USB Flash и картах памяти.

Как освободить флеш-память смартфона

Карточки microSD(HC), используемые в смартфонах, по умолчанию отформатированы в FAT32. Это основное препятствие для установки на них приложений и переноса данных из внутренней памяти. Чтобы его преодолеть, нужно создать на карточке раздел с ext3 или ext4. На него можно перенести все файловые атрибуты (включая владельца и права доступа), поэтому любое приложение сможет работать так, словно запустилось из внутренней памяти.

Windows не умеет делать на флешках больше одного раздела, но для этого можно запустить Linux (хотя бы в виртуалке) или продвинутую утилиту для работы с логической разметкой - например, MiniTool Partition Wizard Free . Обнаружив на карточке дополнительный первичный раздел с ext3/ext4, приложение Link2SD и аналогичные ему предложат куда больше вариантов, чем в случае с одним разделом FAT32.

Как еще один аргумент в пользу выбора FAT32 часто называют отсутствие в ней журналирования, а значит, более быстрые операции записи и меньший износ ячеек памяти NAND Flash. На практике же использование FAT32 приводит к обратному и порождает множество других проблем.

Флешки и карты памяти как раз быстро умирают из-за того, что любое изменение в FAT32 вызывает перезапись одних и тех же секторов, где расположены две цепочки файловых таблиц. Сохранил веб-страничку целиком, и она перезаписалась раз сто - с каждым добавлением на флешку очередной мелкой гифки. Запустил портейбл-софт? Он насоздавал временных файлов и постоянно меняет их во время работы. Поэтому гораздо лучше использовать на флешках NTFS с ее устойчивой к сбоям таблицей $MFT. Мелкие файлы могут храниться прямо в главной файловой таблице, а ее расширения и копии записываются в разные области флеш-памяти. Вдобавок благодаря индексации на NTFS поиск выполняется быстрее.

INFO

Для FAT32 и NTFS теоретические ограничения по уровню вложенности не указаны, но на практике они одинаковые: в каталоге первого уровня можно создать только 7707 подкаталогов. Любители поиграть в матрешки оценят.

Другая проблема, с которой сталкивается большинство пользователей, - на раздел с FAT32 невозможно записать файл больше 4 Гбайт. Причина заключается в том, что в FAT32 размер файла описывается 32 битами в таблице размещения файлов, а 2^32 (минус единица, если быть точным) как раз дают четыре гига. Получается, что на свежекупленную флешку нельзя записать ни фильм в нормальном качестве, ни образ DVD.

Копирование больших файлов еще полбеды: при попытке сделать это ошибка хотя бы видна сразу. В других ситуациях FAT32 выступает в роли бомбы замедленного действия. Например, ты скопировал на флешку портейбл-софт и на первых порах пользуешься им без проблем. Спустя длительное время у одной из программ (допустим, бухгалтерской или почтовой) база данных раздувается, и... она просто перестает обновляться. Файл не может быть перезаписан, поскольку достиг лимита в 4 Гбайт.

Менее очевидная проблема заключается в том, что в FAT32 дата создания файла или каталога может быть задана с точностью до двух секунд. Этого недостаточно для многих криптографических приложений, использующих временные метки. Низкая точность атрибута «дата» - еще одна причина того, почему FAT32 не рассматривается как полноценная файловая система с точки зрения безопасности. Однако ее слабые стороны можно использовать и в своих целях. Например, если скопировать на том FAT32 любые файлы с раздела NTFS, то они очистятся от всех метаданных, а также унаследованных и специально заданных разрешений. FAT просто не поддерживает их.

exFAT

В отличие от FAT12/16/32, exFAT разрабатывалась специально для USB Flash и карт памяти большого (≥ 32 Гбайт) объема. Extended FAT устраняет упомянутый выше недостаток FAT32 - перезаписывание одних и тех же секторов при любом изменении. Как у 64-разрядной системы, у нее нет практически значимых лимитов на размер одного файла. Теоретически он может иметь длину в 2^64 байт (16 Эбайт), а карточки такого объема появятся нескоро.

Еще одно принципиальное отличие exFAT - поддержка списков контроля доступа (ACL). Это уже не та простушка из девяностых, однако внедрению exFAT мешает закрытость формата. Поддержка exFAT полноценно и легально реализована только в Windows (начиная с XP SP2) и OS X (начиная с 10.6.5). В Linux и *BSD она поддерживается либо с ограничениями, либо не вполне законно. Microsoft требует лицензировать использование exFAT, и в этой области много правовых споров.

Btrfs

Еще один яркий представитель файловых систем на основе B-деревьев называется Btrfs. Эта ФС появилась в 2007 году и изначально создавалась в Oracle с прицелом на работу с SSD и RAID. Например, ее можно динамически масштабировать: создавать новые индексные дескрипторы прямо в работающей системе или разделять том на подтома без выделения им свободного места.

Реализованный в Btrfs механизм копирования при записи и полная интеграция с модулем ядра Device mapper позволяют делать практически мгновенные снапшоты через виртуальные блочные устройства. Предварительное сжатие данных (zlib или lzo) и дедупликация ускоряют основные операции, заодно продлевая время жизни флеш-памяти. Особенно это заметно при работе с базами данных (достигается сжатие в 2–4 раза) и мелкими файлами (они записываются упорядоченно крупными блоками и могут храниться непосредственно в «листьях»).

Также Btrfs поддерживает режим полного журналирования (данных и метаданных), проверку тома без размонтирования и множество других современных фич. Код Btrfs опубликован под лицензией GPL. Эта файловая система поддерживается в Linux как стабильная начиная с версии ядра 4.3.1.

Бортовые журналы

Практически все более-менее современные файловые системы (ext3/ext4, NTFS, HFSX, Btrfs и другие) относят к общей группе журналируемых, поскольку они ведут учет вносимых изменений в отдельном логе (журнале) и сверяются с ним в случае сбоя при выполнении дисковых операций. Однако степень подробности ведения журналов и отказоустойчивость у этих файловых систем разные.

Еxt3 поддерживает три режима ведения журнала: с обратной связью, упорядоченный и полное журналирование. Первый режим подразумевает запись только общих изменений (метаданных), выполняемую асинхронно по отношению к изменениям самих данных. Во втором режиме выполняется та же запись метаданных, но строго перед внесением любых изменений. Третий режим эквивалентен полному журналированию (изменений как в метаданных, так и в самих файлах).

Целостность данных обеспечивает только последний вариант. Остальные два лишь ускоряют выявление ошибок в ходе проверки и гарантируют восстановление целостности самой файловой системы, но не содержимого файлов.

Журналирование в NTFS похоже на второй режим ведения лога в ext3. В журнал записываются только изменения в метаданных, а сами данные в случае сбоя могут быть утеряны. Такой метод ведения журнала в NTFS задумывался не как способ достижения максимальной надежности, а лишь как компромисс между быстродействием и отказоустойчивостью. Именно поэтому люди, привыкшие к работе с полностью журналируемыми системами, считают NTFS псевдожурналируемой.

Реализованный в NTFS подход в чем-то даже лучше используемого по умолчанию в ext3. В NTFS дополнительно периодически создаются контрольные точки, которые гарантируют выполнение всех отложенных ранее дисковых операций. Контрольные точки не имеют ничего общего с точками восстановления в \System Volume Infromation\ . Это просто служебные записи в логе.

Практика показывает, что такого частичного журналирования NTFS в большинстве случаев хватает для беспроблемной работы. Ведь даже при резком отключении питания дисковые устройства не обесточиваются мгновенно. Блок питания и многочисленные конденсаторы в самих накопителях обеспечивают как раз тот минимальный запас энергии, которого хватает на завершение текущей операции записи. Современным SSD при их быстродействии и экономичности такого же количества энергии обычно хватает и на выполнение отложенных операций. Попытка же перейти на полное журналирование снизила бы скорость большинства операций в разы.

Подключаем сторонние ФС в Windows

Использование файловых систем лимитировано их поддержкой на уровне ОС. Например, Windows не понимает ext2/3/4 и HFS+, а использовать их порой надо. Сделать это можно, добавив соответствующий драйвер.

WARNING

Большинство драйверов и плагинов для поддержки сторонних файловых систем имеют свои ограничения и не всегда работают стабильно. Они могут конфликтовать с другими драйверами, антивирусами и программами виртуализации.

Открытый драйвер для чтения и записи на разделы ext2/3 с частичной поддержкой ext4. В последней версии поддерживаются экстенты и разделы объемом до 16 Тбайт. Не поддерживаются LVM, списки контроля доступа и расширенные атрибуты.

Существует бесплатный плагин для Total Commander. Поддерживает чтение разделов ext2/3/4.

coLinux - открытый и бесплатный порт ядра Linux. Вместе с 32-битным драйвером он позволяет запускать Linux в среде Windows с 2000 по 7 без использования технологий виртуализации. Поддерживает только 32-битные версии. Разработка 64-битной модификации была отменена. сoLinux позволяет в том числе организовать из Windows доступ к разделам ext2/3/4. Поддержка проекта приостановлена в 2014 году.

Возможно, в Windows 10 уже есть встроенная поддержка характерных для Linux файловых систем, просто она скрыта. На эти мысли наводит драйвер уровня ядра Lxcore.sys и сервис LxssManager, который загружается как библиотека процессом Svchost.exe. Подробнее об этом смотри в докладе Алекса Ионеску «Ядро Линукс, скрытое внутри Windows 10», с которым он выступил на Black Hat 2016.

ExtFS for Windows - платный драйвер, выпускаемый компанией Paragon. Он работает в Windows с 7 по 10, поддерживает доступ к томам ext2/3/4 в режиме чтения и записи. Обеспечивает почти полную поддержку ext4 в Windows.

HFS+ for Windows 10 - еще один проприетарный драйвер производства Paragon Software. Несмотря на название, работает во всех версиях Windows начиная с XP. Предоставляет полный доступ к файловым системам HFS+/HFSX на дисках с любой разметкой (MBR/GPT).

WinBtrfs - ранняя разработка драйвера Btrfs для Windows. Уже в версии 0.6 поддерживает доступ к томам Btrfs как на чтение, так и на запись. Умеет обрабатывать жесткие и символьные ссылки, поддерживает альтернативные потоки данных, ACL, два вида компрессии и режим асинхронного чтения/записи. Пока WinBtrfs не умеет использовать mkfs.btrfs, btrfs-balance и другие утилиты для обслуживания этой файловой системы.

Возможности и ограничения файловых систем: сводная таблица

Фай-ло-вая сис-те-ма	Мак-си-маль-ный раз-мер тома	Пре-дель-ный раз-мер одного файла	Дли-на собст-вен-ного имени файла	Дли-на пол-но-го имени файла (вклю-чая путь от корня)	Пре-дель-ное число файлов и/или ката-ло-гов	Точ-ность ука-за-ния даты файла/ката-ло-га	Права дос-ту-па	Жёсткие ссылки	Сим-воль-ные ссылки	Мгно-вен-ные снимки (snap-shots)	Сжа-тие дан-ных в фоне	Шиф-ро-ва-ние дан-ных в фоне	Деду-пли-ка-ция дан-ных
FAT16	2 ГБ секторами по 512 байт или 4 ГБ кластерами по 64 КБ	2 ГБ	255 байт с LFN	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
FAT32	8 ТБ секторами по 2 КБ	4 ГБ (2^32 - 1 байт)	255 байт с LFN	до 32 подкаталогов с CDS	65460	10 мс (создание) / 2 с (изменение)	нет	нет	нет	нет	нет	нет	нет
exFAT	≈ 128 ПБ (2^32-1 кластеров по 2^25-1 байт) теоретически / 512 ТБ из-за сторонних ограничений	16 ЭБ (2^64 - 1 байт)			2796202 в каталоге	10 мс	ACL	нет	нет	нет	нет	нет	нет
NTFS	256 ТБ кластерами по 64 КБ или 16 ТБ кластерами по 4 КБ	16 ТБ (Win 7) / 256 ТБ (Win 8)	255 символов Unicode (UTF-16)	32760 символов Unicode, но не более 255 символов в каждом элементе	2^32-1	100 нс	ACL	да	да	да	да	да	да
HFS+	8 ЭБ (2^63 байт)	8 ЭБ	255 символов Unicode (UTF-16)	отдельно не ограничивается	2^32-1	1 с	Unix, ACL	да	да	нет	да	да	нет
APFS	8 ЭБ (2^63 байт)	8 ЭБ	255 символов Unicode (UTF-16)	отдельно не ограничивается	2^63	1 нс	Unix, ACL	да	да	да	да	да	да
Ext3	32 ТБ (теоретически) / 16 ТБ кластерами по 4 КБ (из-за ограничений утилит e2fs programs)	2 ТБ (теоретически) / 16 ГБ у старых программ	255 символов Unicode (UTF-16)	отдельно не ограничивается	-	1 с	Unix, ACL	да	да	нет	нет	нет	нет
Ext4	1 ЭБ (теоретически) / 16 ТБ кластерами по 4 КБ (из-за ограничений утилит e2fs programs)	16 ТБ	255 символов Unicode (UTF-16)	отдельно не ограничивается	4 млрд.	1 нс	POSIX	да	да	нет	нет	да	нет
F2FS	16 ТБ	3,94 ТБ	255 байт	отдельно не ограничивается	-	1 нс	POSIX, ACL	да	да	нет	нет	да	нет
BTRFS	16 ЭБ (2^64 - 1 байт)	16 ЭБ	255 символов ASCII	2^17 байт	-	1 нс	POSIX, ACL	да	да	да	да	да	да

В этой статье разберёмся какие возможности предоставляет ReFS и чем она лучше файловой системы NTFS . Как восстановить данные с дискового пространства ReFS. Новая файловая система ReFS от компании Microsoft была первоначально представлена в ОС Windows Server 2012. Она также включена в Windows 10, в составе инструмента Дисковое пространство . ReFS можно использовать для пула дисков. С выходом Windows Server 2016 файловая система была улучшена, вскоре она будет доступна в новой версии Windows 10.

Какие возможности предоставляет ReFS и чем она лучше текущей NTFS системы?

Содержание:

Что означает ReFS?

Сокращение от «Resilient File System» , ReFS – эта новая система, созданная на базе NTFS. На данном этапе ReFS не предлагает комплексную замену NTFS для использования на диске домашних пользователей. Файловая система имеет свои преимущества и недостатки.

ReFS предназначена для решения основных проблем NTFS . Она более устойчива к повреждению данных, лучше справляется с повышенной нагрузкой и легко масштабируется для очень больших файловых систем. Давайте рассмотрим, что это означает?

ReFS защищает данные от повреждения

Файловая система использует контрольные суммы для метаданных, а также может использовать контрольные суммы для данных файла. Во время чтения или записи файла, система проверяет контрольную сумму что бы убедиться в её правильности. Таким образом осуществляется обнаружение искаженных данных в режиме реального времени.

ReFS интегрирована с функцией Дисковое пространство. Если вы настроили зеркальное хранилище данных, то с помощью ReFS Windows обнаружит и автоматически устранит повреждение файловой системы, скопировав данные с другого диска. Эта функция доступна как в Windows 10, так и Windows 8.1.

Если файловая система обнаружит поврежденные данные, которые не имеют альтернативной копии для восстановления, то ReFS сразу удалить такие данные с диска. Это не потребует перезагрузки системы или отключения устройства хранения информации, как в случае с NTFS.

Необходимость использования утилиты chkdsk полностью исчезает, так как файловая система автоматически корректируется сразу в момент возникновения ошибки. Новая система устойчива и к другим вариантам повреждения данных. NTFS во время записи метаданных файла записывает их напрямую. Если в это время произойдет отключение питания или сбой компьютера, вы получите повреждение данных.

Во время изменения метаданных ReFS создает новую копию данных и связывает данные с файлом, только после записи метаданных на диск. Это исключает возможность повреждения данных. Эта функция называется копированием на запись, она присутствует и в других популярных ОС Linux системах: ZFS, BtrFS, а также файловой системе Apple APFS.

В ReFS удалены некоторые ограничения NTFS

ReFS более современна и поддерживает гораздо большие объемы и более длинные имена файлов чем NTFS. В долгосрочной перспективе это важные улучшения. В файловой системе NTFS имя файла ограничено 255 символами, в ReFS имя файла может содержать до 32768 символов. Windows 10 позволяет отключить ограничение на предел символов для файловых систем NTFS, но он всегда отключается на томах ReFS.

В ReFS больше не поддерживаются короткие имена файлов в формате DOS 8.3. На томе NTFS вы можете получить доступ к C:\Program Files\ в C:\PROGRA~1\ для обеспечения совместимости со старым программным обеспечением.

NTFS имеет теоретический максимальный объем в размере 16 эксабайт, а у ReFS теоретический максимальный объем – 262144 экзабайт. Хотя сейчас это не имеет большого значения, но компьютера постоянно развиваются.

Какая файловая система быстрее ReFS или NTFS?

ReFS разрабатывалась не для повышения производительности файловой системы по сравнению с NTFS. Microsoft сделала систему ReFS намного эффективнее в строго определённых случаях.

Например, при использовании с Дисковым пространством, ReFS поддерживает «оптимизацию в режиме реального времени». Допустим у вас есть пул накопителей с двумя дисками, один обеспечивает максимальную производительность, другой используется для объема. ReFS всегда будет записывать данные на более быстрый диск, обеспечивая максимальную производительность. В фоновом режиме файловая система автоматически переместит большие куски данных на более медленные диски для продолжительного хранения.

В Windows Server 2016 Microsoft улучшила ReFS, для обеспечения лучшей производительности функций виртуальной машины. Виртуальная машина Microsoft Hyper-V использует эти преимущества (теоретически, любая виртуальная машина может использовать преимущества ReFS).

Например, ReFS поддерживает клонирование блоков, это ускоряет процесс клонирования виртуальных машин и операций слияния контрольных точек. Чтобы создать копию виртуальной машины, ReFS нужно только записать новые метаданные на диск и указать ссылку на уже существующие данные. Это связано с тем, что в ReFS несколько файлов могут указывать на одни и те же базовые данные на диске.

Когда виртуальная машина записывает новые данные на диск, они записываются в другое место, а исходные данные виртуальной машины остаются на диске. Это значительно ускоряет процесс клонирования и требует гораздо меньшей пропускной способности диска.

ReFS также предлагает новую функцию «редкого VDL» , которая позволяет ReFS быстро записывать нули в большой файл. Это значительно ускоряет создание нового, пустого файла виртуального жесткого диска фиксированного размера (VHD). В NTFS эта операция может занять 10 минут, в ReFS – несколько секунд.

Почему ReFS не может заменить NTFS

Не смотря на ряд преимуществ ReFS не может пока заменить NTFS. Windows не может загрузиться с раздела ReFS и требует NTFS. В ReFS не поддерживаются такие функции NTFS как сжатие данных, шифрование файловой системы, жесткие ссылки, расширенные атрибуты, дедупликация данных и дисковые квоты. Но в отличии от NTFS, ReFS позволяет выполнить полное шифрование диска c помощью BitLocker, включая системные структуры диска.

Windows 10 не позволяет отформатировать раздел в ReFS, эта файловая система доступна только в рамках Дискового пространства. ReFS защищает данные используемые на пулах из нескольких жестких дисков от повреждения. В Windows Server 2016 вы можете форматировать тома с помощью ReFS вместо NTFS. Такой том можно использовать для хранения виртуальных машин, но операционная система по-прежнему может загружаться только с NTFS.

Hetman Partition Recovery позволяет проанализировать дисковое пространство под управлением файловой системой ReFS с помощью алгоритма сигнатурного анализа. Анализируя устройство сектор за сектором программа находит определенные последовательности байт и отображает их пользователю. Восстановление данных с дискового пространства ReFS не отличается от работы с файловой системой NTFS:

1. Загрузите и установите программу;
2. Проанализируйте физический диск, который входит в дисковое пространство;
3. Выберите и сохраните файлы которые необходимо восстановить;
4. Повторите пункты 2 и 3 для всех дисков входящих в дисковое пространство.

Будущее новой файловой системы довольно туманно. Microsoft может доработать ReFS для замены устаревшей NTFS во всех версиях Windows. На данный момент ReFS не может использоваться повсеместно и служит только для определенных задач.