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».

Не так давно вышла публичная бета-версия Microsoft Windows 8 Server с поддержкой анонсированной файловой системы ReFS (Resilient File System - отказоустойчивая файловая система), ранее известной под кодовым названием “Protogon”. Данная файловая система предлагается как альтернатива зарекомендовавшей себя годами файловой системе NTFS в сегменте систем хранения данных на базе продуктов Microsoft, с дальнейшей ее миграцией в область клиентских систем.

Целью данной статьи является поверхностное описание структуры файловой системы, ее преимуществ и недостатков, а также анализ ее архитектуры с точки зрения сохранения целостности данных и перспектив восстановления данных, в случае повреждения или удаления пользователем. Статья также раскрывает исследование архитектурных особенностей файловой системы и ее потенциальную производительность.

Windows Server 8 Beta

Вариант файловой системы, доступный в данной версии операционной системы, имеет поддержку кластеров данных размером только 64КБ и кластеров метаданных размером 16КБ. Пока не ясно, будет ли поддержка файловых систем ReFS с другим размером кластера: в настоящее время параметр «Размер кластера» при создании тома ReFS игнорируется и всегда принимается умалчиваемым. При форматировании ФС единственным доступным вариантом для выбора размера кластера является 64КБ. Он также является единственным упоминаемым в блогах разработчиков.

Такой размер кластера является более чем достаточным для организации файловых систем любого размера из практически реализуемых, но в то же время приводит к ощутимой избыточности при хранении данных.

Архитектура файловой системы

Несмотря на частые упоминания о схожести ReFS и NTFS на высоком уровне, речь идет всего лишь о совместимости некоторых структур метаданных, как-то: «стандартная информация», «имя файла», совместимость по значениям некоторых флагов атрибутов и т.д. Дисковая реализация структур ReFS кардинально отличается от других файловых систем Microsoft.

Основными структурными элементами новой файловой системы являются B+-деревья. Все элементы структуры файловой системы представлены одноуровневыми (списками) или многоуровневыми B+-деревьями, что позволяет значительно масштабировать практически любой из элементов файловой системы. Наряду с реальной 64-битной нумерацией всех элементов системы это исключает появление “узких мест” при дальнейшем ее масштабировании.

Кроме корневой записи B+-дерева, все остальные записи имеют размер целого блока метаданных (в данном случае - 16КБ); промежуточные же (адресные) ноды имеют небольшой полный размер (порядка 60 байт). Поэтому, обычно, требуется небольшое количество уровней дерева для описания даже очень крупных структур, что достаточно благоприятно сказывается на общей производительности системы.

Основным структурным элементом файловой системы является «Каталог», представленный в виде B+-дерева, ключом в котором является номер объекта-папки. В отличие от других подобных файловых систем, файл в ReFS не является отдельным ключевым элементом «Каталога», а лишь существует в виде записи в содержащей его папке. Возможно, именно ввиду этой архитектурной особенности жесткие ссылки на ReFS не поддерживаются.

«Листьями Каталога» являются типизированные записи. Для объекта-папки существуют три основных типа записей: описатель каталога, индексная запись и описатель вложенного объекта. Все такие записи упакованы в виде отдельного B+-дерева, имеющего идентификатор папки; корень этого дерева является листом B+-дерева «Каталога», что позволяет упаковать в папку практически любое количество записей. На нижнем уровне в листах B+-дерева папки находится в первую очередь запись описателя каталога, содержащая основные сведенья о папке (как-то: имя, «стандартная информация», атрибут имени файла и т.д.). Структуры данных имеют много общего с принятыми в NTFS, хотя и имеют ряд отличий, основным из которых является отсутствие типизированного списка именованных атрибутов.

Далее в каталоге следуют так называемые индексные записи: короткие структуры, содержащие данные об элементах, содержащихся в папке. По сравнению с NTFS эти записи значительно короче, что в меньшей степени перегружает том метаданными. Последними следуют записи элементов каталога. Для папок эти элементы содержат имя паки, идентификатор папки в «Каталоге» и структуру «стандартной информации». Для файлов идентификатор отсутствует, но вместо этого структура содержит все основные данные о файле, включая корень B+-дерева фрагментов файла. Соответственно, файл может состоять практически из любого числа фрагментов.

На диске файлы располагаются в блоках размером 64КБ, хотя адресуются точно так же, как и блоки метаданных (кластерами размером 16КБ). «Резидентность» данных файла на ReFS не поддерживается, поэтому файл размером 1 байт на диске займет целый блок 64КБ, что ведет к значительной избыточности хранения на мелких файлах; с другой стороны это упрощает управление свободным пространством и выделение свободного места под новый файл осуществляется значительно быстрее.

Размер метаданных пустой файловой системы составляет порядка 0.1% от размера самой файловой системы (т.е. около 2ГБ на том 2ТБ). Некоторые основные метаданные дублируются для лучшей устойчивости от сбоев.

Защищенность от сбоев

Цели проверить стабильность существующей реализации ReFS не стояло. С точки зрения же архитектуры файловой системы она обладает всеми необходимыми инструментами для безопасного восстановления файлов даже после серьезного сбоя оборудования. Части структур метаданных содержат собственные идентификаторы, что позволяет проверить принадлежность структур; ссылки на метаданные содержат 64-бит контрольные суммы блоков, на которые производится ссылка, что позволяет оценить целостность прочитанного по ссылке блока.

При этом стоит отметить, что контрольные суммы пользовательских данных (содержимого файлов) не подсчитываются. С одной стороны это отключает механизм проверки целостности в области данных, с другой же стороны это ускоряет работу системы за счет минимального количества изменений в области метаданных.

Любое изменение структуры метаданных осуществляется в два этапа: сначала создается новая (измененная) копия метаданных в свободном дисковом пространстве, потом, в случае успеха, атомарной операцией обновления производится перевод ссылки со старой (неизмененной) на новую (измененную) область метаданных. Такая стратегия (Copy-on-Write (CoW) -копирование-при-записи) позволяет обойтись без журналирования, сохраняя автоматически целостность данных.

Подтверждение таких изменений на диске может не осуществляться достаточно долго, позволяя объединить несколько изменений состояния ФС в одно.

Данная схема не применяется для пользовательских данных, поэтому любые изменения содержимого файла пишутся непосредственно в файл. Удаление файла производится перестроением структуры метаданных (с использованием CoW), что сохраняет предыдущую версию блока метаданных на диске. Это делает восстановление удаленных файлов возможным до их перезаписи новыми пользовательскими данными.

Избыточность хранения данных

В данном случае речь идет о расходовании дискового пространства за счет схемы хранения данных. Для целей тестирования установленный Windows Server был скопирован на раздел ReFS размером 580ГБ. Размер метаданных на пустой ФС составлял около 0.73ГБ.

При копировании установленного Windows Server на раздел с ReFS избыточность хранения данных файлов выросла с 0.1% на NTFS почти до 30% на ReFS. При этом еще около 10% избыточности добавилось за счет метаданных. В итоге «пользовательские данные» размером 11ГБ (более 70 тыс. файлов) на NTFS с учетом метаданных заняли 11.3ГБ, тогда как на ReFS те же данные заняли 16.2ГБ; это означает, что избыточность хранения данных на ReFS составляет почти 50% для этого типа данных. При небольшом количестве файлов большого размера такого эффекта, естественно, не наблюдается.

Скорость работы

Ввиду того, что речь идет о Beta, замеров производительности ФС не проводилось. С точки же зрения архитектуры ФС можно сделать кое-какие выводы. При копировании более 70 тыс. файлов на ReFS, это создало B+-дерево «Каталога» размером в 4 уровня: «корень», промежуточный уровень 1, промежуточный уровень 2, «листья».

Таким образом, для поиска атрибутов папки (при условии кэширования корня дерева) требуется 3 чтения блоков по 16КБ. Для сравнения, на NTFS эта операция займет одно чтение размером 1-4КБ (при условии кэширования карты расположения $MFT).

Поиск атрибутов файла по папке и имени файла в папке (небольшая папка в несколько записей) на ReFS потребует те же 3 чтения. На NTFS же уже потребуется 2 чтения по 1КБ или 3-4 чтения (если запись о файле находится в нерезидентном атрибуте «индекс»). В паках большего размера количество чтений NTFS растет намного быстрее, чем количество чтений, требуемых для ReFS.

Точно так же дела обстоят и для содержимого файлов: там, где рост числа фрагментов файла на NTFS приводит к перебору длинных списков, разнесенных по разным фрагментам $MFT, на ReFS это осуществляется эффективным поиском по B+-дереву.

Выводы

Окончательные выводы пока делать рано, но по текущей реализации файловой системы можно видеть подтверждение изначальной ориентированности файловой системы на серверный сегмент, и, прежде всего, на системы виртуализации, СУБД и сервера архивного хранения данных, где скорость и надежность работы имеют первостепенное значение. Основной недостаток файловой системы, такой как неэффективная упаковка данных на диске, сводится на нет на системах, оперирующих большими файлами.

СисДев Лабораториз будет следить за развитием данной файловой системы и планирует включение поддержки восстановления данных с этой файловой системы. Экспериментальная поддержка ReFS бета-версии Microsoft Windows 8 Server уже успешно реализована в продуктах UFS Explorer и доступна для закрытого бета-тестирования среди партнеров. Официальный релиз инструментов для восстановления удаленных файлов с ReFS, а также восстановления данных после повреждения файловой системы в результате сбоев оборудования, планируется чуть ранее или одновременно с выходом релиза Microsoft Windows 8 Server с поддержкой ReFS.

Версия от 16.03.2012.
По материалам СисДев Лабораториз

Перепечатка или цитирование разрешены при условии сохранения ссылки на перво

Windows 10 поддерживает несколько файловых систем из коробки. Некоторые из них являются наследием и существуют в основном для обратной совместимости, другие современные и имеют широкое применение. В этой статье описаны различные способы, которые вы можете использовать, чтобы посмотреть, с помощью какой файловой системы отформатированы ваши диски.

Файловая система - это особый способ хранения и организации вашей информации на разных носителях, включая жесткие диски, твердотельные диски, USB-накопители и другие устройства. Она позволяет хранить, изменять, читать файлы и папки для приложений и операционной системы, установленных на вашем компьютере.

При форматировании внутреннего диска или флеш-накопителя вы готовите его для использования в качестве носителя для хранения данных в вашей операционной системе. Во время этого процесса создается файловая система. Во время форматирования вся информация, хранящаяся на диске или разделе, будет удалена.

Windows 10 поддерживает файловые системы FAT, FAT32, exFAT, NTFS и ReFS без использования дополнительного программного обеспечения.

У них разные функции и свойства. Например, FAT и FAT32 являются устаревшими файловыми системами. FAT поддерживает максимальный объем 4 ГБ, FAT32 поддерживает 32 ГБ. Файловые системы FAT также имеют ограничения на максимальный размер файла. NTFS - единственная файловая система, которая поддерживает сжатие и шифрование файлов и имеет расширенные функции.

Существует несколько способов, которые вы можете применить для поиска файловой системы, используемой на ваших дисках.

Чтобы узнать файловую систему на дисках в Windows 10, выполните следующие действия.

1. Откройте «Проводник» и перейдите в папку «Этот компьютер» .

1. Кликните правой кнопкой мыши диск и выберите в контекстном меню «Свойства» .

1. В окне «Свойства» на вкладке «Общие», вы увидите файловую систему вашего диска.

Этот способ, является самым простым и быстрым.

Кроме того, вы можете использовать инструмент Diskpart, Управление дисками или PowerShell.

Посмотреть файловую систему диска с помощью Diskpart

1. Нажмите сочетание клавиш Win + R .

1. В поле «Выполнить» введите «diskpart » и нажмите Enter .

1. В Diskpart введите команду list volume .

После выполнения команды вы увидите файловую систему для каждого диска, подключенного к вашему компьютеру.

Показать файловую систему диска с помощью «Управление дисками».

1. Нажмите Win + X или кликните правой кнопкой мыши на кнопку «Пуск» .

1. В меню WinX выберите

1. См. Значения в столбце Файловая система.

Наконец, существует еще один способ определения файловой системы для каждого диска, подключенного к вашему компьютеру, с использованием языка сценариев PowerShell.

1. Откройте PowerShell от имени администратора.

1. Введите: get-volume и нажмите клавишу Enter .

1. На выходе см. Значения в столбце FileSystemType .

Теперь вы знаете, что, очень легко определить файловую систему для ваших дисков. Вы можете использовать любой способ, который вам нравится больше.

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!

Введение

Файловая система NTFS была представлена в далеком, по меркам IT, 1993 году. Последняя версия 3.1 вышла в октябре 2001 года, вместе с Windows XP и с тех пор NTFS не изменялась. В более новых ОС вводились новые функции, но все они использовали уже заложенные в NTFS возможности. В 2018 году Windows 10 все еще использует данную файловую систему, неужели Microsoft за прошедшее время не придумали ничего нового? Нет, таки придумали. В 2012 году была представлена серверная редакция Windows, содержащая поддержку новейшей ФС от Microsoft - ReFS (resilient file system - устойчивая файловая система). ReFS привнесла множество новых функций в экосистему Windows, которые были давно реализованы в других файловых системах. Основными из них являются использование B+ деревьев для хранения всех данных и метаданных, позволяющее фактически превратить ФС в реляционную базу данных, копирование при записи, когда реальное копирование данных происходит только при их изменении, а также проверка целостности данных. В целом все эти изменения направлены на оптимизацию производительности и повышение отказоустойчивости системы.

В этом тестировании мы оценим скорость работы файловой системы ReFS на жестких дисках, поскольку для них внедренные в ФС возможности представляют большую ценность. В одном из обновлений Microsoft исключила из Windows 10 возможность форматирования разделов в ReFS, поэтому для этой цели мы воспользуемся свободной утилитой mkrefs. Для тестирования в конце дискового пространства был выделен раздел объемом 8 ГБ. Производились операции копирования на HDD и чтения с него музыкальных файлов, изображений, видеороликов, а также ISO-образа. Кроме того запускались тесты CrystalDiskMark. Для построения графиков использовался табличный процессор LibreOffice Calc, входящий в состав свободного офисного пакета LibreOffice.

Характеристики тестовой системы:

• Процессор: Xeon E5440 @ 3.4 ГГц
• GIGABYTE GA-P35-DS3L
• Оперативная память: 3584 МБ DDR2-800
• Жесткий диск: Seagate Barracuda 7200.10 3250410AS 250 ГБ SATA II
• Твердотельный накопитель: SanDisk SDSSDHII-120G-G25 120 ГБ
• Windows 10 Pro x64, сборка 16299.309

Результаты тестов:

CrystalDiskMark 5.5.0 x64, последовательное чтение (МБайт/с)

CrystalDiskMark 5.5.0 x64, последовательная запись (МБайт/с)

CrystalDiskMark 5.5.0 x64, случайное чтение (МБайт/с)

CrystalDiskMark 5.5.0 x64, случайная запись (Мбайт/с)

Запись 1000 mp3 файлов (6,34 ГБ), с

Запись 10000 изображений (3,39 ГБ), с

Запись 50 видеороликов (4,5 ГБ), с

Запись ISO-образа (2,3 ГБ), с

Чтение 1000 mp3 файлов (6,34 ГБ), с

Чтение 10000 изображений (3,39 ГБ), с

Чтение 50 видеороликов (4,5 ГБ), с

Чтение ISO-образа (2,3 ГБ), с

Заключение

Безусловно, файловая система ReFS является большим шагом вперед, по сравнению с NTFS с точки зрения отказоустойчивости. Однако, с точки зрения производительности не все так гладко. ReFS опережает NTFS при работе со множеством мелких файлов и при чтении файлов большого объема, а NTFS, в свою очередь, лидирует при работе с файлами среднего размера и при записи больших файлов.

Кроме непосредственно ReFS и NTFS в тестировании также приняли участие гости из мира Linux - широко распространенные ФС Ext2, Ext4 и BTRFS, а также все еще применяющаяся FAT32 и ее замена exFAT. Интересно, что BTRFS и ReFS практически во всех тестах демонстрирует схожую производительность, что впрочем неудивительно, поскольку обе системы очень похожи. FAT32 и exFAT не имеют функции журналирования и чувствительны к непредвиденным сбоям, поэтому их нецелесообразно применять там, где важна сохранность данных. Отсутствие журналирования положительно сказывается на работе флеш-накопителей, коие собственно и являются основной средой использования FAT32 и exFAT. Во многих случаях данные файловые системы показывают лучшую производительность, нежели журналируемые ФС, особенно при работе с файлами среднего и большого объема.

Таким образом, можно сказать, что файловая система ReFS определенно имеет свои преимущества и ее применение в определенных случаях не только является оправданным, но и даже рекомендуемым. Да, в настоящий момент ReFS еще не так распространена, как хотелось бы, но, возможно, в будущем, ее производительность повысится, добавится новый функционал и расширится существующий, и она не только обретет бо́льшую известность, но и заменит собой NTFS.