Resilient File System (ReFS)

Was ist ein Resilient File System (ReFS)?

Das Resilient File System (ReFS) ist das Dateisystem, das Microsoft für das Verwenden auf einem Windows-Betriebssystem (OS) entwickelt hat und das einige der Einschränkungen des New Technology File System (NTFS) überwinden soll. Microsoft hat das ReFS entwickelt, um sein Dateisystem zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit gegen Datenkorruption und die Kapazität.

Was ist ein Dateisystem?

Ein Dateisystem steuert das Speichern und den Abruf von Daten, indem es die Daten in benannte Gruppen aufteilt. Jede Gruppe wird als Datei bezeichnet. Die zugrunde liegende Struktur, die Dateien und Dateinamen verwaltet, ist das Dateisystem. Dateisysteme isolieren Daten, um Kollisionen zwischen verschiedenen Informationsgruppen zu vermeiden und das Auffinden von Dateien zu erleichtern.

Das ReFS behält ein hohes Maß an Kompatibilität mit dem NTFS bei und baut auf der Grundlage dieses Dateisystems auf, um mehr Konsistenz und bessere Datenintegrität zu gewährleisten sowie Ausfallzeiten zu vermeiden. Wenn das Betriebssystem einen Systemfehler feststellt und Daten verloren gehen oder beschädigt werden, kann das ReFS diese Daten wiederherstellen, ohne die Verfügbarkeit zu beeinträchtigen. Das ReFS bekämpft auch Bit-Fäule – die Korruption von Bits in einem Dateisystem im Laufe der Zeit – durch Festplattenschrubbungsaufgaben, die Daten lesen und validieren.

Wie funktioniert das ReFS?

Microsoft nutzte einige der NTFS-Codebasen, um das ReFS zu entwickeln und fügte Unterstützung für Win32-APIs hinzu, um Kompatibilität mit bestehenden APIs zu gewährleisten. Dadurch erhielt das ReFS Unterstützung für verschiedene Funktionen, wie zum Beispiel Zugriffskontrolllisten und Datei-IDs.

Beim NTFS gibt es verschiedene Gründe dafür, wie es zu Schäden an Metadaten kommt, zum Beispiel ein abruptes Herunterfahren des Systems bei Stromausfall oder wenn das System nur einen Teil eines Blocks schreibt. Das ReFS verwendet Write Allocate, das Dateien in einer einzigen Anweisung schreibt und liest, um Datenschäden zu vermeiden. Allocate on write ermöglicht den Einsatz von Thin-Provision-Klonen von Quelldatenbanken, um das Risiko von Schäden zu verringern.

Ein ReFS verwendet eine B+-Baumstruktur zum Verwalten von Daten durch das Indizieren von Metadaten. Der Baum besteht aus der Wurzel, internen Knoten und Blättern. Ein B+-Baum speichert Daten in einem Verzweigungsmuster, wobei jeder Knoten im Baum eine geordnete Liste von Schlüsseln und Zeigern zu Knoten oder Blättern auf unterer Ebene enthält. Die Datensätze werden auf der Blattebene gespeichert, wodurch mehr Verzweigungen möglich sind. Dieses Verfahren verringert die Ein-/Ausgabe auf der Festplatte und sorgt für eine bessere Leistung.

Ein ReFS hat mehrere wichtige Eigenschaften, die es zu einem zuverlässigen und effizienten Dateisystem machen. Eines dieser Merkmale ist die Fähigkeit, die Datenintegrität zu wahren, indem es die Daten vor häufigen Fehlern schützt, die zu Datenverlusten führen.

Ein weiteres Merkmal ist das Ausrichten auf die Datenverfügbarkeit, die sicherstellt, dass die Daten auch im Falle einer Beschädigung zugänglich bleiben. Darüber hinaus ist das ReFS hoch skalierbar und kann große Datenmengen jetzt und in Zukunft verarbeiten.

ReFS Geschichte und Entwicklung

Microsoft führte das ReFS im September 2012 zusammen mit Windows Server 2012 als optionales Dateisystem ein, um umfangreicheren Datenspeicheranforderungen und größeren Arbeitslasten Rechnung zu tragen. Im Oktober 2013 fügte Microsoft das ReFS den Desktop-Versionen von Windows, beginnend mit Windows 8.1, hinzu.

Das ReFS ist kein direkter Ersatz für das NTFS und unterstützt einige NTFS-Funktionen nicht, zum Beispiel die Master File Table (MFT), die Unterstützung von Auslagerungsdateien und Objekt-IDs. Einige Anwendungen sind möglicherweise auf Funktionen angewiesen, die nur im NTFS verfügbar sind. Frühen Versionen des ReFS fehlten auch viele Funktionen des NTFS, wie zum Beispiel alternative Streams, benannte Streams und Sparse-Dateien, die Microsoft dem ReFS in späteren Updates hinzugefügt hat.

Mit dem Fall Creators Update 2017 entfernte Microsoft die Möglichkeit, ReFS-Volumes in Windows 10 zu erstellen, außer in Windows 10 Pro für Workstations. Das Betriebssystem kann jedoch weiterhin ReFS-Volumes lesen. Es ist zudem erwähnenswert, dass die ReFS-Unterstützung in Nicht-Entwicklungsversionen von Windows 11 noch nicht verfügbar ist.

Vorteile von ReFS

Zu den Vorteilen von ReFS gehören die folgenden:

• Automatische Integritätsprüfung und Datenkorrekturen. Das ReFS kann Datenbeschädigungen erkennen und korrigieren, ohne dass Offline-Tools wie CHDSK erforderlich sind. Außerdem wird das Volume in regelmäßigen Abständen auf latente Fehler gescannt und diese mit von redundanten Datenkopien, die von Storage Spaces bereitgestellt werden, oder spiegelbeschleunigter Parität repariert.
• Skalierbarkeit und Leistung. Das ReFS verwaltet problemlos große Volumes (bis zu 1 Yottabyte) und Dateien (bis zu 16 Exabyte) verwalten. Außerdem verwendet es eine B+-Baumstruktur, die die Anzahl der für den Datenzugriff erforderlichen E/A-Operationen reduziert. Das ReFS unterstützt auch das Klonen von Blöcken, was das Kopieren großer Datenmengen mit minimalem E/A-Overhead ermöglicht und so die Leistung von Virtualisierungs- und Backup Workloads verbessert.
• Speichervirtualisierung und Pooling. Das ReFS ist mit Storage Spaces integriert, einer Funktion, die flexible Speicherpools aus mehreren physischen Festplatten ermöglicht. Storage Spaces bieten verschiedene Ausfallsicherheitsstufen, wie zum Beispiel Spiegelung oder Parität, sowie Tiering, das die Speicherleistung und -kapazität optimiert, indem heiße und kalte Daten zwischen verschiedenen Laufwerkstypen, wie Solid-State-Laufwerken und Festplattenlaufwerken, verschoben werden.

Nachteile der Verwendung von ReFS

Zu den Nachteilen des ReFS gehören die folgenden:

• Windows kann nicht vom ReFS booten und benötigt NTFS für das Systemlaufwerk.
• Das ReFS verbraucht mehr Systemressourcen als NTFS, insbesondere bei großen Festplatten-Arrays.
• Das ReFS unterstützt einige Funktionen des NTFS nicht, wie zum Beispiel Dateikomprimierung, Verschlüsselung, Hardlinks, Transaktionen und Objekt-IDs.
• Das ReFS kann keine Daten von NTFS konvertieren, ohne das Laufwerk zu formatieren.
• Daher ist das ReFS für einige Szenarien, in denen Leistung, Kompatibilität oder Funktionalität wichtig sind, nicht geeignet.

Was ist ein Ext4-Dateisystem?

Das vierte erweiterte Dateisystem (Ext4) ist ein Journaling-Dateisystem für Linux, das als Nachfolger von Ext3 entwickelt wurde. Es ist im Wesentlichen das Standard-Dateisystem für viele beliebte Linux-Distributionen, darunter Debian und Ubuntu. Der Hauptvorteil von Ext4 im Vergleich zu Ext3 ist seine Leistung. Ext4 bietet Verbesserungen wie schnellere Dateizugriffszeiten, Unterstützung für größere Volumes und Dateien sowie verbesserte Zuverlässigkeit und Stabilität.

Ist NTFS besser als Ext4?

Die Wahl zwischen NTFS und Ext4 hängt vom jeweiligen Anwendungsfall und System ab. Für Linux-Systeme gilt Ext4 im Allgemeinen als die bessere Option, da es für Linux entwickelt wurde und Unix-Dateiberechtigungen effizienter handhabt. Außerdem verstehen Linux-Systeme Ext4 von Haus aus, während für NTFS ein Plugin erforderlich ist.

Ein Ext4-Laufwerk ist theoretisch schneller als ein NTFS-Laufwerk. Außerdem verkürzt Ext4 die Zeit, die für die Überprüfung des Dateisystems benötigt wird, im Vergleich zu NTFS.

Allerdings kann NTFS je nach Verwendungszweck die bessere Wahl als Ext4 sein. Wenn zum Beispiel ein Windows-Systemlaufwerk oder eine interne/externe Festplatte mit Windows verwendet wird, ist NTFS besser geeignet.