Das ReFS-Dateisystem (Resilient File System) ist die neueste Version des Dateisystems von Microsoft, die entwickelt wurde, um die Datenverfügbarkeit zu optimieren, die Skalierbarkeit für große Datenmengen effizient zu verwalten und die Datenintegrität durch Widerstandfähigkeit gegen Dateikorruption zu gewährleisten. ReFS wurde für die Bewältigung der neuen Datenwachstumsszenarien und als Basis für zukünftige Innovationen entwickelt.

ReFS wurde mit Windows Server 2012 eingeführt, dann auch mit Windows 8 und den neuesten Versionen von Windows 10. Seit dem ersten Release wurden weitere wichtige Funktionen eingeführt, insbesondere mit Windows Server 2016 und Windows Server 2019.

Im Vergleich zu NTFS bietet ReFS wichtige Funktionen, um die Widerstandsfähigkeit gegen Datenkorruption, Performance und Skalierbarkeit zu verbessern. Um in die Praxis zu gelangen, sollte man beachten, dass wir auf allen aktuellen Windows-Betriebssystemen, insbesondere auf Servern, problemlos ReFS-formatierte Laufwerke und Partitionen erstellen können. Wir werden sehen, was die Hauptvorteile der Verwendung dieses Dateisystems sind und wann es zu verwenden ist.

Hier sind einige der wichtigsten Vorteile des ReFS-Dateisystems:

Widerstandsfähigkeit
ReFS stellt neue Funktionen vor, die Korruption genau erkennen und sogar korrigieren können, während sie online bleiben, und trägt so zu einer größeren Datenintegrität und -verfügbarkeit bei:

  • Integritätsstrom: ReFS verwendet Prüfsummen für Metadaten und optional für Dateidaten, so dass ReFS Dateisystemfehler zuverlässig erkennen kann.
  • Integration mit der Funktion Speicherplätze: Wenn ReFS in Verbindung mit einem Spiegel oder Paritätsraum verwendet wird, kann es die erkannten Schäden automatisch reparieren, indem es die alternative Kopie der von den Speicherplätzen bereitgestellten Daten verwendet.
  • Proaktive Fehlerkorrektur: Zusätzlich zur Validierung von Daten vor Lese- und Schreibvorgängen führt ReFS einen Datenintegritätsscanner ein, den so genannten Scrubber. Dieser Scrubber analysiert das Volumen regelmäßig, identifiziert latente Verfälschungen und aktiviert proaktiv eine Reparatur von beschädigten Daten.

Leistungsfähigkeit
ReFS stellt neue Funktionen für virtualisierte und leistungsabhängige Workloads vor. Echtzeit-Tier-Optimierung, Block-Cloning und sparsame VDL sind gute Beispiele für die sich entwickelnden Fähigkeiten von ReFS, das entwickelt wurde, um die dynamische und vielfältige Workloads zu unterstützen:

Spiegelbeschleunigte Parität: Diese Funktion bietet eine hohe Leistung und zusammen eine effizientere Datenspeicherung. Dazu teilt ReFS ein Volume in zwei logische Speichergruppen, so genannte Tiers. Diese Ebenen können ihre eigenen Laufwerke und Arten der Ausfallsicherheit haben, so dass jede Ebene die Leistung oder Kapazität optimieren kann.

Leistungssteigerung für Hyper-V VMs: ReFS stellt neue Funktionen vor, die speziell entwickelt wurden, um die Leistung virtualisierter Workloads zu verbessern.

Klonen blockieren: Das Klonen von Blöcken beschleunigt Kopiervorgänge und ermöglicht schnellere und wirkungslosere Zusammenführungen von Checkpoints virtueller Maschinen.

Sparsame VDL: ReFS ermöglicht es Ihnen, Dateien schnell auf Null zu setzen (Zero-Fill), was die Zeit für die Erstellung fester VHDs von Minuten auf Sekunden reduziert.

Variable Clustergröße: ReFS unterstützt sowohl 4K als auch 64K Clustergrößen. 4K ist die empfohlene Clustergröße für die meisten Distributionen, aber 64K-Cluster sind für große sequentielle I/O-Workloads geeignet.

Skalierbarkeit
ReFS wurde entwickelt, um sehr große Datensätze – Millionen von Terabyte – zu unterstützen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen, was zu einer höheren Skalierbarkeit als bei früheren Dateisystemen führt.

 

Für welche Konfigurationen wird ReFS unterstützt bzw. empfohlen?

Microsoft stellt einige der Szenarien dar, in denen der Einsatz von ReFS empfohlen / unterstützt wird und sichert zweifellos Vorteile:

Storage Spaces Direct und Storage Spaces

Storage Spaces ist eine Technologie in Windows und Windows Server, die dazu beitragen kann, Daten vor Laufwerksausfällen zu schützen. Es ist konzeptionell ähnlich wie RAID, aber auf Softwareebene implementiert. Sie können einen Lagerplatz verwenden, um drei oder mehr Einheiten in einem Lagerpool zusammenzufassen. Wenn Ihnen die Kapazität ausgeht, können Sie einfach weitere Einheiten in den Speicherpool aufnehmen (siehe Beispiel hier: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/storage/storage-spaces/deploy-standalone-storage-spaces).

Storage Spaces Direct ist eine serverseitige Caching-Funktion zur Optimierung der Speicherleistung. Dieser Cache wird automatisch konfiguriert und basiert auf der Art der vorhandenen physischen Laufwerke (https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/storage/storage-spaces/understand-the-cache).

ReFS steigert die Performance in diesen Szenarien erheblich, dank seiner spiegelbeschleunigten Parität, des Blockklons, des sparsamen VDL und so weiter.

Gemeinsame Festplatten und Backup-Ziele
Diese Nutzung profitiert im Allgemeinen von der Verwendung spezifischer Anwendungen, die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit bei der Verwaltung ihrer Daten benötigen und die die ReFS-Funktionen intern implementieren können. Ein mit ReFS formatiertes Backup-Ziel garantiert natürlich große Vorteile bei der Datensicherheit gegen mögliche Beschädigungen.

Die Unterschiede zwischen NTFS und ReFS sehen wir in den folgenden Vergleichstabellen:

Einschränkungen

Funktion ReFS NTFS
Max Länge Dateiname 255 Unicode characters 255 Unicode characters
Max Länge Dateipfad 32K Unicode characters 32K Unicode characters
Max Dateigrösse 35 PB (petabytes) 8 PB
Max Datenträgergrösse 35 PB 8 PB

Funktionen

Funktion ReFS NTFS
BitLocker encryption Ja Ja
Data Deduplication Ja Ja
Cluster Shared Volume (CSV) support Ja Ja
Soft links Ja Ja
Failover cluster support Ja Ja
Access-control lists Ja Ja
USN journal Ja Ja
Changes notifications Ja Ja
Junction points Ja Ja
Mount points Ja Ja
Reparse points Ja Ja
Volume snapshots Ja Ja
File IDs Ja Ja
Oplocks Ja Ja
Sparse files Ja Ja
Named streams Ja Ja
Thin Provisioning Ja Ja
Offloaded Data Transfer (ODX) Nein Ja
Trim/Unmap Ja Ja

Die folgenden Funktionen sind nur auf ReFS verfügbar:

Funktion ReFS NTFS
Block clone Ja Nein
Sparse VDL Ja Nein
Mirror-accelerated parity Ja (on Storage Spaces Direct) Nein

Die folgenden Funktionen sind nicht auf ReFS verfügbar:

Funktion ReFS NTFS
File system compression Nein Ja
File system encryption Nein Ja
Transactions Nein Ja
Hard links Nein Ja
Object IDs Nein Ja
Short names Nein Ja
Extended attributes Nein Ja
Disk quotas Nein Ja
Bootable Nein Ja
Page file support Nein Ja
Supported on removable media Nein Ja

 

Schlussfolgerungen

Ausgehend von den Innovationen, die mit Windows Server 2016 eingeführt wurden, und den neueren von Server 2019, können wir einige der wichtigsten Aspekte hervorheben, die ReFS in vielen Szenarien zur besten Wahl machen können.

Performance und Skalierbarkeit sind sicherlich eine der Stärken von ReFS, da große Datenmengen sehr schnell und optimal verwaltet werden können. Tatsächlich erlaubt ReFS Volumes bis zu 1 Yottabyte oder 1000 Milliarden Terabyte. ReFS verwendet den B+ Tree Modus, um die Dateistruktur zu verwalten. Der B+-Baum ist sehr effizient in der Datenspeicherung, da es eine sehr hohe Anzahl von Unterknoten in der Struktur gibt. Mit Hilfe von Zeigern kann der B+ Baum die Anzahl der I/O-Operationen reduzieren, um ein Element im Baum abzurufen.

Sicherheit, d.h. die Tatsache, dass keine “Prüfplatte” mehr benötigt wird, da nur dieses Dateisystem dank Metadaten- und Resilienzfunktionen jedes Problem der Dateikorruption überprüfen und korrigieren kann.

Sein Einsatz in der Storage Spaces-Technologie und in der Virtualisierung, wo er die Vorteile der Leistungssteigerung voll ausschöpft.

Was die Einschränkungen oder zumindest einige Konfigurationen betrifft, mit denen es nicht möglich ist, ReFS zu verwenden, so ist hervorzuheben, dass ReFS nicht zum Formatieren der Betriebssystem-Bootdiskette verwendet werden kann. Außerdem werden Wechseldatenträger und Dateisystemverschlüsselung nicht unterstützt. Bis Server 2016 wurden Komprimierung und Deduplizierung nicht unterstützt, aber diese wurden dann mit Windows Server 2019 eingeführt: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/get-started/whats-new-in-windows-server-1709

Anleitungen:

Hier sind zwei interessante Artikel darüber, wie man einen Speicherplatz mit der Speicherpool-Funktion von Server 2016 erstellt und wie man ihn zum Erstellen eines ReFS-Volumes verwendet:

https://blogs.technet.microsoft.com/filecab/2012/12/06/using-the-storage-pools-page-in-server-manager-to-create-storage-spaces/

https://blogs.technet.microsoft.com/canitpro/2013/05/01/step-by-step-deploying-refs/

(Englisch, Italienisch, Französisch, Spanisch, Portugiesisch, Brasilien)



ReFS versus NTFS: Unterschiede und Leistungsvergleiche
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Comments

  1. F. Rauch

    Guter Artikel, aber es wäre vielleicht noch lohnenswert zu erwähnen dass zum aktuellen Zeitpunkt keine Freigabe von ReFS-Dateisystemen mit dem Microsoft Windows Server for NFS möglich ist. Falls also zwingend NFS benötigt wird und man ungern auf veraltete und/oder kostenpflichtige Produkte von Drittherstellern zurückgreifen möchte, die z.B. auch keine aktuellen NFS-Features unterstützen, ReFS keine Option darstellt.

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