windows三種文件系統(tǒng)FAT32 NTFS ReFS發(fā)展過程

1、FAT32文件系統(tǒng)

Windows早期的文件系統(tǒng)是FAT32文件系統(tǒng)，采用32位的文件分配表。FAT32文件管理格式可以對(duì)磁盤的管理能力大大增強(qiáng)，突破了FAT16對(duì)每一個(gè)分區(qū)的容量只有2 GB的限制。

FAT32指的是文件分配表是采用32位二進(jìn)制數(shù)記錄管理的磁盤文件管理方式，因FAT類文件系統(tǒng)的核心是文件分配表，命名由此得來。FAT32是從FAT和FAT16發(fā)展而來的，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性和兼容性好，能充分兼容Win 9X及以前版本，且維護(hù)方便。缺點(diǎn)是安全性差，且最大只能支持32GB分區(qū)（理論上可達(dá)64GB），單個(gè)文件也只能支持最大4GB。

對(duì)于使用FAT32文件系統(tǒng)的每個(gè)邏輯盤內(nèi)部空間又可劃分為三部分，依次是引導(dǎo)區(qū)（BOOT區(qū)）、文件分配表區(qū)（FAT區(qū)）、數(shù)據(jù)區(qū)（DATA區(qū)）。引導(dǎo)區(qū)和文件分配表區(qū)又合稱為系統(tǒng)區(qū)，占據(jù)整個(gè)邏輯盤前端很小的空間，存放有關(guān)管理信息。數(shù)據(jù)區(qū)才是邏輯盤用來存放文件內(nèi)容的區(qū)域，該區(qū)域以簇為分配單位來使用。

2、NTFS文件系統(tǒng)

在Win 98操作系統(tǒng)之后，微軟為Windows NT系統(tǒng)推出了New Technology File System（NTFS）文件系統(tǒng)，并從Windows 2000 開始一直沿用至今。NTFS格式開始支持元數(shù)據(jù)，比FAT32對(duì)磁盤的利用率更高。采用FAT32格式的操作系統(tǒng)可以最高支持32GB的分區(qū)，而支持NTFS格式的系統(tǒng)可以支持高達(dá)2TB的磁盤分區(qū)。

3、ReFS文件系統(tǒng)

從Win 10開始，微軟推出了ReFS文件系統(tǒng)，相對(duì)于NTFS文件系統(tǒng)，ReFS文件格式提升了更多的可靠性，特別是對(duì)于老化的磁盤或者是當(dāng)機(jī)器發(fā)生斷電時(shí)，它提供更大的可靠性，ReFS兼容Storage Spaces跨區(qū)卷技術(shù)，當(dāng)磁盤出現(xiàn)讀取和寫入失敗時(shí)，ReFS會(huì)先進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)，可以檢測(cè)到這些錯(cuò)誤并進(jìn)行正確的復(fù)制。

ReFS文件系統(tǒng)被稱為“復(fù)原文件系統(tǒng)”， 也被稱為“彈性文件系統(tǒng)”

這里重點(diǎn)介紹一下微軟的這個(gè)新的ReFS文件系統(tǒng)。

復(fù)原文件系統(tǒng) (ReFS) 概述

參考：微軟官網(wǎng)

適用范圍：Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016、Windows Server 2012 R2、Windows Server 2012

復(fù)原文件系統(tǒng) (ReFS) 是 Microsoft 的最新文件系統(tǒng)，旨在最大限度地提高數(shù)據(jù)可用性、跨不同的工作負(fù)荷高效地?cái)U(kuò)展到大型數(shù)據(jù)集，并提供數(shù)據(jù)完整性，使其能夠恢復(fù)損壞。 它旨在解決存儲(chǔ)方案的擴(kuò)展集問題以及為將來的革新打造基礎(chǔ)。

主要優(yōu)點(diǎn)

復(fù)原能力

ReFS 引入了一項(xiàng)新功能，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到損壞并且還能夠在保持聯(lián)機(jī)狀態(tài)的同時(shí)修復(fù)這些損壞，從而有助于增加你的數(shù)據(jù)的完整性和可用性：

• 完整性流 - ReFS 將校驗(yàn)和用于元數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)（可選），這使得 ReFS 能夠可靠地檢測(cè)到損壞。
• 存儲(chǔ)空間集成-與鏡像或奇偶校驗(yàn)空間配合使用時(shí)，ReFS 可以使用存儲(chǔ)空間提供的數(shù)據(jù)的備用副本自動(dòng)修復(fù)檢測(cè)到的損壞。 修復(fù)過程將本地化到損壞區(qū)域且聯(lián)機(jī)執(zhí)行，并且不會(huì)出現(xiàn)卷停機(jī)時(shí)間。
• 補(bǔ)救數(shù)據(jù) -如果卷損壞并且損壞數(shù)據(jù)的備用副本不存在，ReFS 將從命名空間中刪除損壞的數(shù)據(jù)。 ReFS 在處理大多數(shù)不可更正的損壞時(shí)可將卷保持在聯(lián)機(jī)狀態(tài)，但在極少數(shù)情況下，ReFS 需要將卷保持在脫機(jī)狀態(tài)。
• 主動(dòng)錯(cuò)誤糾正 -除了在讀取和寫入之前驗(yàn)證數(shù)據(jù)外，ReFS 還引入了一個(gè)稱為 清理器的數(shù)據(jù)完整性掃描器。 此清理器會(huì)定期掃描卷，從而識(shí)別潛在損壞，然后主動(dòng)觸發(fā)損壞數(shù)據(jù)的修復(fù)。

性能

除了提供復(fù)原能力改進(jìn)之外，ReFS 還針對(duì)對(duì)性能極其敏感和虛擬化的工作負(fù)載引入新功能。 實(shí)時(shí)層優(yōu)化、塊克隆和稀疏 VDL 都是不斷發(fā)展的 ReFS 功能的絕佳示例，它們專為支持各種動(dòng)態(tài)工作負(fù)載而設(shè)計(jì)：

• 鏡像加速奇偶校驗(yàn) - 鏡像加速奇偶校驗(yàn)既可以提供高性能，也可為你的數(shù)據(jù)提供高效的容量存儲(chǔ)。 為了提供高性能和高效的容量存儲(chǔ)，ReFS 會(huì)將卷劃分為兩個(gè)邏輯存儲(chǔ)組，稱為層。 這些層可具有自己的驅(qū)動(dòng)器和復(fù)原類型，這使得能夠針對(duì)性能或容量對(duì)每個(gè)層進(jìn)行優(yōu)化。 某些示例配置包括：

配置這些層后，ReFS 將使用它們?yōu)槔鋽?shù)據(jù)的熱數(shù)據(jù)和容量高效存儲(chǔ)提供快速存儲(chǔ)：

• 所有寫入都將在性能層中進(jìn)行，并且在性能層中保留的大數(shù)據(jù)塊將以實(shí)時(shí)形式有效地移至容量層。
• 如果使用混合部署 (將閃存驅(qū)動(dòng)器和 HDD 驅(qū)動(dòng)器混合) ，則存儲(chǔ)空間直通中的緩存可幫助加快讀取速度，同時(shí)降低虛擬化工作負(fù)荷的數(shù)據(jù)碎片特性的影響。 否則，如果使用的是雙閃存部署，則讀取也會(huì)出現(xiàn)在性能層中。

備注 對(duì)于 Windows 服務(wù)器部署，僅存儲(chǔ)空間直通支持鏡像加速的奇偶校驗(yàn)。 建議僅將鏡像加速奇偶校驗(yàn)用于存檔和備份工作負(fù)荷。 對(duì)于虛擬化和其他高性能隨機(jī)工作負(fù)載，我們建議使用三向鏡像以獲得更好的性能。

• 加快 VM 操作 - ReFS 引入了為改善虛擬化工作負(fù)載的性能而專門設(shè)計(jì)的新功能：
• 阻止克隆 -阻止克隆加速復(fù)制操作，實(shí)現(xiàn)快速、低影響 VM 檢查點(diǎn)合并操作。
• 稀疏 VDL-稀疏 VDL 允許 ReFS 快速引用零個(gè)文件，從而減少了從數(shù)十分鐘到僅秒創(chuàng)建固定 Vhd 所需的時(shí)間。

• 可變?nèi)杭笮?- ReFS 支持 4K 和 64K 的群集大小。 4K 是針對(duì)大多數(shù)部署的建議的群集大小，但 64K 群集適合于大型的、順序 IO 工作負(fù)載。

可伸縮性

ReFS 設(shè)計(jì)用于支持極大型的數(shù)據(jù)集-數(shù)百萬 tb-不會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，從而實(shí)現(xiàn)比以前文件系統(tǒng)更好的縮放。

支持的部署

Microsoft 開發(fā)了 NTFS 專門用于各種配置和工作負(fù)載。 對(duì)于特別需要 ReFS 提供的可用性、復(fù)原能力和/或規(guī)模的客戶，Microsoft 支持將 ReFS 用于以下配置和方案：

備注 所有 ReFS 支持的配置都必須使用Windows Server 目錄認(rèn)證硬件，并滿足應(yīng)用程序要求。

重要 如果你計(jì)劃對(duì)群集共享卷使用 ReFS (Csv) ，請(qǐng)參閱 在故障轉(zhuǎn)移群集中使用群集共享卷 了解重要信息。

存儲(chǔ)空間直通

建議為虛擬化工作負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)部署存儲(chǔ)空間直通上的 ReFS：

• 鏡像加速奇偶校驗(yàn)和存儲(chǔ)空間直通中的緩存 可提供高性能和高效的容量存儲(chǔ)。
• 引入塊克隆和稀疏 VDL 顯著加快了創(chuàng)建、合并和擴(kuò)展等 .vhdx 文件操作的速度。
• 完整性-流、聯(lián)機(jī)修復(fù)和備用數(shù)據(jù)副本使 ReFS 和存儲(chǔ)空間直通能夠在元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中共同檢測(cè)并更正存儲(chǔ)控制器和存儲(chǔ)媒體損壞。
• ReFS 提供擴(kuò)展和支持大量數(shù)據(jù)集的功能。

存儲(chǔ)空間

在具有共享 SAS 機(jī)箱的存儲(chǔ)空間上部署 ReFS 適合于托管存檔數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)用戶文檔：

• 完整性-流、聯(lián)機(jī)修復(fù)和備用數(shù)據(jù)副本使 ReFS 和存儲(chǔ)空間能夠在元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中共同檢測(cè)并更正存儲(chǔ)控制器和存儲(chǔ)媒體損壞。
• 存儲(chǔ)空間部署還可以利用塊克隆和 ReFS 中提供的可擴(kuò)展性。

備注 存儲(chǔ)空間支持通過 BusTypes SATA、SAS、NVME 進(jìn)行的本地非可移動(dòng)直接連接，或者通過 HBA (連接（也稱為直通模式下的 RAID 控制器) ）。

基本磁盤

在基本磁盤上部署 ReFS 最適用于實(shí)現(xiàn)其自己的軟件復(fù)原能力和可用性解決方案的應(yīng)用程序：

• 引入其自己的復(fù)原和可用性軟件解決方案的應(yīng)用程序可以使用完整性流、塊克隆以及擴(kuò)展和支持大型數(shù)據(jù)集的能力。

備注 基本磁盤包括通過 BusTypes SATA、SAS、NVME 或 RAID 的本地非可移動(dòng)直接連接。 基本磁盤不包括存儲(chǔ)空間。

備份目標(biāo)

將 ReFS 部署為備份目標(biāo)最適用于實(shí)現(xiàn)其自己的復(fù)原和可用性解決方案的應(yīng)用程序和硬件：

• 引入其自己的復(fù)原和可用性軟件解決方案的應(yīng)用程序可以使用完整性流、塊克隆以及擴(kuò)展和支持大型數(shù)據(jù)集的能力。

備注 備份目標(biāo)包括上述受支持的配置。 請(qǐng)與應(yīng)用程序和存儲(chǔ)陣列供應(yīng)商聯(lián)系，以獲取有關(guān)光纖通道和 iSCSI San 的支持詳細(xì)信息。 對(duì)于 San，如果需要精簡(jiǎn)設(shè)置、剪裁/取消映射或卸載數(shù)據(jù)傳輸 (ODX) 的功能，則必須使用 NTFS。

功能比較

限制

功能

ReFS 和 NTFS 提供以下功能：

1. 適用于 Windows Server 版本 1709 及更高版本、Windows Server 2019 (1809) LTSC 或更高版本。
2. 適用于 Windows Server 2012 R2 及更高版本。
3. CSV 不會(huì)將直接 I/O 與 存儲(chǔ)空間、存儲(chǔ)空間直通 (S2D) 或 SAN 一起使用。
4. 版本 ReFS 3.5，Windows 10 Enterprise Insider Preview版本 19536 及更高版本。 僅為 新格式化的 卷添加了硬鏈接 支持。 硬鏈接不能用于從以前版本升級(jí)的卷。
5. 存儲(chǔ)空間。

以下功能僅適用于 ReFS：

1. 在 Windows Server 2022 及更高版本上可用。

目前 ReFS 上未提供以下功能：

ReFS格式相對(duì)于NTFS的優(yōu)勢(shì)

1、不需要chkdsk命令修復(fù)磁盤

電腦在長(zhǎng)期使用中，尤其是突然斷電等情況，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)需要修復(fù)的情況。所以NTFS在出錯(cuò)時(shí)需要使用chkdsk命令來修復(fù)硬盤，但ReFS格式先天性不需要修復(fù)。

2、ReFS格式把硬盤產(chǎn)生壞道對(duì)數(shù)據(jù)的影響降到最低

NTFS格式的話，數(shù)據(jù)區(qū)產(chǎn)生壞道數(shù)據(jù)可能就壞掉了。 但ReFS格式自帶自動(dòng)校驗(yàn)數(shù)據(jù)并修復(fù)的功能。

ReFS格式相對(duì)于NTFS的缺點(diǎn)

1、從前面的對(duì)比表中發(fā)現(xiàn)不支持引導(dǎo)，即暫時(shí)不支持安裝系統(tǒng)，不能作為引導(dǎo)分區(qū)。（但國(guó)內(nèi)有些論壇已經(jīng)嘗試可成功引導(dǎo)）

2、現(xiàn)在專業(yè)版Win10 默認(rèn)已經(jīng)不提供ReFS格式的格式化選擇了，只有企業(yè)版及專業(yè)工作站版才有（但專業(yè)版依然提供格式的支持）。

小結(jié)

ReFS是一種微軟新的文件系統(tǒng)，主要針對(duì)服務(wù)器或需要大量處理數(shù)據(jù)的電腦，它對(duì)數(shù)據(jù)損壞具有彈性。

但ReFS暫時(shí)還不是NTFS的真正替代品（至少ReFS卷官方說明不可引導(dǎo)），REFS文件系統(tǒng)有點(diǎn)類似NTFS+數(shù)據(jù)陣列，另針對(duì)固盤及4K讀取速度有比較大的提升 。

不過。但是現(xiàn)在ReFS似乎還不夠穩(wěn)定，版本之間可能有兼容性問題，特別是Windows 10早期版本。版本兼容性 穩(wěn)定性 及支持的功能還有所欠缺，還在不斷更新變化中。需要等待一段時(shí)間。

所時(shí)暫時(shí)來講，Windows的主力文件系統(tǒng)還是NTFS。等ReFS成熟穩(wěn)定后，有可能會(huì)被ReFS替代。

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