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.

Общие сведения о файловых системах

Операционная система Windows 8, поддерживает несколько файловых систем: NTFS, FAT и FAT32 . Но работать может только на NTFS , то есть установлена может быть только на раздел жесткого дис­ка, отформатированного в данной файловой системе. Обусловлено это теми особенностями и инструментами безопасности, которые преду­смотрены в NTFS , но отсутствуют в файловых системах Windows предыдущего поколения: FAT16 и FAT32 . Далее мы остановим­ся на всей линейке файловых систем для Windows, чтобы понять, какую роль они играют в работе системы и как они развивались в про­цессе становления Windows плоть до Windows 8.

Преимущества NTFS касаются практически всего: производительности, надежности и эффективности работы с данными (файлами) на диске. Так, одной из основных целей создания NTFS было обеспечение ско­ростного выполнения операций над файлами (копирование, чтение, удаление, запись), а также предоставление дополнительных возможно­стей: сжатие данных, восстановление поврежденных файлов системы на больших дисках и т.д.

Другой основной целью создания NTFS была реализация повышенных требований безопасности, так как файловые системы FAT , FAT32 в этом отношении вообще никуда не годились. Именно в NTFS вы можете разрешить или запретить доступ к какому-либо файлу или папке (разграничить права доступа).

Сначала рассмотрим сравнительные характеристики файловых систем, а потом остановимся на каждой из них поподробнее. Сравнение, для большей наглядности, приведены в табличной форме.

Файловая система FAT для современных жест­ких дисков просто не подходит (ввиду ее ограниченных возможностей). Что касается FAT32 , то ее еще можно использовать, но уже с натяжкой. Если купить жесткий диск на 1000 ГБ, то вам придется разбивать его как минимум на несколько разделов. А если вы собираетесь заниматься видеомонтажом, то вам будет очень мешать ограничение в 4 Гб как максимально возможный размер файла .

Всех перечисленных недостатков лишена файловая система NTFS . Так что, даже не вдаваясь в детали и специальные возможности файловой системы NTFS , можно сделать выбор в ее пользу.

Вообще использование FAT32 может быть оправдано лишь в тех случаях, когда у вас на компьютере установлено несколько операционных систем, а какая-либо из них не поддерживает NTFS . Но на сегодняшний день таких практически нет. Разве что вы захотите установить у себя антиквариат типа Windows 98.

Файловая система FAT

Файловая система FAT (обычно под ней понимается FAT 16 ) была разработана достаточно давно и предназначалась для работы с небольшими дисковыми и файловыми объемами, простой структурой каталогов. Аббревиатура FAT расшифровывается как File Allocation Table (с англ. таблица размещения файлов). Эта таблица размещается в начале тома, причем хранятся две ее копии (в целях обеспечения большей устойчивости).
 Данная таблица используется операционной системой для поиска файла и определения его физического расположения на жестком диске. В случае повреждения таблицы (и ее копии) чтение файлов операционной системой становится невозможно. Она просто не может определить, где какой файл, где он начинается и где заканчивается. В таких случаях говорят, что файловая система «упала».
 Файловая система FAT изначально разрабатывалась компанией Microsoft для дискет. Только потом они стали ее применять для жестких дисков. Сначала это была FAT12 (для дискет и жестких дисков до 16 МБ), а потом она переросла в FAT16 , которая была введена в эксплуатацию с операционной системой MS-DOS 3.0.

Файловая система FAT32

Начиная с Windows 95 OSR2, компания Microsoft начинает активно ис­пользовать в своих операционных системах FAT32 - тридцатидвухраз­рядную версию FAT . Что поделать, технический прогресс не стоит на месте и возможностей FAT 16 стало явно недостаточно.
 По сравнению с ней FAT32 стала обеспечивать более оптимальный до­ступ к дискам, более высокую скорость выполнения операций ввода/вывода, а также поддержку больших файловых объемов (объем диска до 2 Тбайт).
 В FAT32 реализовано более эффективное расходование дискового пространства (путем использования более мелких кластеров). Выгода по сравнению с FAT16 составляет порядка 10...15%. То есть при использовании FAT32 на один и тот же диск может быть записано информации на 10... 15% больше, чем при использовании FAT16.
 Кроме того, необходимо отметить, что FAT32 обеспечивает более вы­сокую надежность работы и более высокую скорость запуска программ.
 Обусловлено это двумя существенными нововведениями:
  возможностью перемещения корневого каталога и резервной копии FAT (если основная копия получила повреждения)

Возможностью хранения резервной копии системных данных.

Файловая система NTFS

Начиная с Windows 2000, используется версия NTFS 5.0 , которая, помимо стандартных, позволяет реализовывать следующие возможности:

Шифрование данных - эта возможность реализуется специальной надстройкой NTFS, которая называется Encrypting File System (EFS) - шифрующая файловая система. Благодаря этому механизму шифрованные данные могут быть прочитаны только на компьютере, на котором произошла шифровка.
Дисковые квоты - стало возможно назначать пользователям определенный (ограниченный) размер на диске, который они могут использовать.
Эффективное хранение разреженных файлов . Встречаются файлы, в которых содержится большое количество последовательных пустых байтов. Файловая система NTFS позволяет оптимизировать их хранение.

Использование журнала изменений - позволяет регистрировать все операции доступа к файлам и томам.

 ■ Напоследок необходимо иметь в виду, что если для файла под NTFS были установлены определенные права доступа, а потом вы его скопировали на раздел FAT, то все его права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS, будут утеряны. Так что будьте бдительны.

Помимо MFT , имеется еще 15 специальных файлов (вместе с MFT - 16), которые недоступны операционной системе и называются метафайлами . Имена всех метафайлов начинаются с символа $ , но стандартными средствами операционной системы просмотреть их и вообще увидеть не представляется возможным. Далее для примера представлены основные метафайлы:

SMFT - сам MFT.
$MFTmirr - копия первых 16 записей MFT, размещенная посе­редине диска (зеркало).
$LogFile - файл поддержки журналирования.
$Volume - служебная информация: метка тома, версия файловой системы, и т.д.
$AttrDef - список стандартных атрибутов файлов на томе.
$. - корневой каталог.
$Bitmap - карта свободного места тома.
$Boot - загрузочный сектор (если раздел загрузочный).
$Quota - файл, в котором записаны права пользователей на ис­пользование дискового пространства.
$Upcase - файл-таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов на текущем томе.
Нужен в основном потому, что в NTFS имена файлов записываются в кодировке Unicode , которую составляют 65 тысяч различных символов, искать большие и малые эквиваленты которых очень нетривиально.

Что касается размера MFT-файла, то он примерно вычисляется, исходя из 1 МБ на 1000 файлов.

Конвертирование разделов FAT32 в NTFS без потери данных. Утилита convert

Вы можете без особого труда конвертировать существующий FAT32-раздел в NTFS. Для этого в Windows 8, Windows 8.1 предусмотрена утилита командной строки convert

Параметры ее работы показаны на скриншоте

Таким образом, чтобы конвертировать в NTFS диск D:, в командную строку следует ввести следующую команду:

После этого от вас попросят ввести метку тома, если такая есть (метка тома указывается рядом с именем диска в окне Мой компьютер . Она служит для более подробного обозначения дисков и может использоваться, а может не использоваться. Например, это может быть Files Storage (D: ).
 Для конвертации флешки команда выглядит так:

convert e : /fs:ntfs /nosecurity /x

Если вам уже довелось установить и поработать с новыми ОС от Microsoft: Windows Server 2012 и Windows 8, вы, вероятно уже заметили, что теперь новые тома можно форматировать в файловой системе ReFS. Что же такое файловая система ReFS ? Аббревиатура ReFS расшифровывается, как Resilient File System , т.е. по-русски «Отказоустойчивая файловая система».

Microsoft прочит файловую систему ReFS в качестве преемника самой популярной на данный момент файловой системы NTFS, технологические возможности которой уже подошли к своим границам. В частности при работе с носителями данных большого размера возникают сложности с их работой: это и слишком длительное время при выполнении операции проверки на наличие ошибок, и медленная работа журнала, и достижение ограничений на максимальный размер файлов на файловой системе NTFS.

Особенности файловой системы ReFS

Большинство новшеств ReFS лежит в области создания структур файлов и папок, и управления ими. Эти функции реализованы с целью автоматического исправления ошибок, обеспечения высокой масштабируемости и работы в режиме Always Online (постоянного подключения). Папки в файловой системе ReFS структурированы в виде таблиц с файлами в качестве записей, которые в свою очередь могут обладать собственными атрибутами, организованными в виде подтаблиц, реализую иерархическую древовидную структуру B+-деревьев, знакомую нам по базам данных. Свободное место на дисках также организовано в таблицах.

При разработке ReFS преследовались следующие цели:

• Обеспечение максимальной совместимости с существующими функциями NTFS, и избавление от ненужных, которые усложняют систему
• Верификация и автоматическое исправление данных.
• Масштабируемость.
• Гибкость архитектуры с использованием функции , которая собственно и была задумана для ReFS.

Основные возможности ReFS

• Увеличенные лимиты на размер разделов, директорий и файлов (таблица ниже)
• Целостность метаданных с контрольными суммами.
• Специальная методика записи на диск — Integrity streams, обеспечивающая дополнительную защиту данных при повреждении части диска.
• Новая модель транзакций «allocate on write» (copy on write)
• Disk scrubbing – технология чистки диска в фоновом режиме
• Возможность организации пулов хранения, которые могут применяться в виртуализации, в т.ч. для обеспечения отказоустойчивости виртуальных машин и балансировки нагрузки.
• Для повышения производительности используется сегментация последовательных данных (data sriping)
• Спасение данных вокруг повреждённого участка на диске.

Ограничения файловой системы ReFS

Поддерживаемые функции NTFS

ReFS унаследовала многие функции и семантики своей предшественницы NTFS, в том числе:

• Ширование BitLocker
• журнал USN
• списки контроля доступа (ACL)
• символьные ссылки для библиотек
• точки монтирования (mount points)
• точки соединения (junction points)
• точки повторной обработки (reparse points)

Все данные на файловой системе ReFS будут доступны через те же самые API, которые в настоящий момент используются для доступа к разделам NTFS.

В ReFS отказались от следующих функций NTFS:

• сжатие данных
• шифрование на уровне файлов EFS
• короткие имена файлов 8.3
• Жесткие ссылки (Hard links)

ReFS в Windows 8

Поддержка ReFS появилась в ОС Windows 8 и Windows Server 2012, причем только для томов с данными. То есть разделы с ReFS нельзя использовать для установки операционной системы и загрузки с него. Со временем ReFS будет оснащена большим количеством функций и сможет целиком заменить устаревшую систему NTFS. Вероятно, все новые функции появятся в первом Service Pack-е для Windows 8.

Кроме того ReFS пока нельзя применять для съемных и переносных устройств хранения (ReFS пока применяется только для внутренних носителей).

Неприятным моментом является тот факт, что существующие NTFS тома нельзя конвертировать в ReFS на лету. Данные придется переносить обычным копированием.

Том можно отформатировать в файловую систему ReFS через консоль Disk Management. Но дополнительные параметры, например, включение проверки целостности, можно включить только из командной строки.

Например, включить проверку целостности ReFS можно командой:

Format /fs:refs /q /i:enable

Отключить проверку целостности.

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.