Il file system ReFS (Resilient File System) è il file system più recente di Microsoft, progettato per ottimizzare la disponibilità dei dati, gestire in modo efficiente la scalabilità per grandi quantità di dati e per garantire l’integrità dei dati per mezzo della cosiddetta resilienza alla corruzione dei file. ReFS è stato pensato per far fronte ai nuovi scenari di grande crescita dei dati e come base per le future innovazioni.

ReFS è stato introdotto con Windows Server 2012, poi portato anche su Windows 8 e sulle versioni più recenti di Windows 10. Dalla sua prima release sono state introdotte altre importanti caratteristiche, specialmente con Windows Server 2016 e Windows Server 2019.

Rispetto a NTFS, ReFS introduce delle caratteristiche chiave per migliorare la resilienza alla corruzione dei dati, le performance e la scalabilità. Per entrare nel pratico, va evidenziato che su tutti i più recenti sistemi operativi Windows, in particolar modo sui server, possiamo creare in modo molto semplice drive e partizioni formattati ReFS. Vedremo quali possono essere i vantaggi nell’usare questo tipo di file system.

Di seguito elenchiamo i benefici chiave del file system ReFS:

Resilienza
ReFS introduce nuove funzionalità che possono rilevare con precisione le corruzioni e anche correggere tali corruzioni restando online, contribuendo a fornire maggiore integrità e disponibilità per i dati:

  • Integrity-stream: ReFS utilizza i checksum per i metadati e facoltativamente per i dati dei file, consentendo a ReFS di rilevare in modo affidabile eventuali danneggiamenti a livello di file system.
  • Integrazione con la funzionalità Storage Spaces: se utilizzato in combinazione con uno spazio di mirror o parità, ReFS è in grado di riparare automaticamente le corruzioni rilevate utilizzando la copia alternativa dei dati forniti da Storage Spaces.
  • Correzione proattiva degli errori: oltre a convalidare i dati prima delle operazioni di lettura e scrittura, ReFS introduce uno scanner di integrità dei dati, noto come scrubber. Questo scrubber analizza periodicamente il volume, identificando le corruzioni latenti e attivando in modo proattivo una riparazione dei dati corrotti.

Prestazioni
ReFS introduce nuove funzionalità per carichi di lavoro virtualizzati e sensibili alle prestazioni. Ottimizzazione dei tier in tempo reale, clonazione di blocchi e VDL sparsi sono buoni esempi delle capacità in evoluzione di ReFS, progettate per supportare carichi di lavoro dinamici e diversificati:

Mirror-accelerated parity: questa funzionalità offre prestazioni elevate e insieme archiviazione più efficiente dei dati. Per fare questo, ReFS suddivide un volume in due gruppi logici di archiviazione, noti come livelli (tier). Questi livelli possono avere i propri drive e tipi di resilienza, consentendo a ciascun livello di ottimizzare le prestazioni o la capacità.

Miglioramento nelle prestazioni per le VM Hyper-V: ReFS introduce nuove funzionalità specificamente mirate a migliorare le prestazioni dei carichi di lavoro virtualizzati:

Block cloning: la clonazione di blocchi accelera le operazioni di copia, consentendo operazioni di merge dei checkpoint di macchine virtuali più veloci e a basso impatto.
Sparse VDL: ReFS consente di azzerare rapidamente i file (zero-fill), riducendo il tempo necessario per creare VHD fissi da minuti a pochi secondi.

Dimensioni variabili del cluster: ReFS supporta sia le dimensioni del cluster a 4K che a 64K. 4K è la dimensione del cluster consigliata per la maggior parte delle distribuzioni, ma i cluster a 64K sono appropriati per carichi di lavoro di I/O sequenziali di grandi dimensioni.

Scalabilità
ReFS è progettato per supportare set di dati estremamente ampi – milioni di terabyte – senza influire negativamente sulle prestazioni, ottenendo una maggiore scalabilità rispetto ai file system precedenti.

 

Per quali configurazioni e utilizzi è supportato/consigliato ReFS?

Microsoft espone alcuni degli scenari nei quali l’utilizzo di ReFS è consigliato/supportato e assicura indubbi vantaggi:

Storage Spaces Direct e Storage Spaces

Storage Spaces è una tecnologia in Windows e Windows Server che può aiutare a proteggere i dati da guasti delle unità. È concettualmente simile al RAID, ma implementato a livello software. È possibile utilizzare uno storage space per raggruppare tre o più unità insieme in un pool di archiviazione. Se si esaurisce la capacità, aggiungere semplicemente più unità allo storage pool (vediamo qui un esempio: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/storage/storage-spaces/deploy-standalone-storage-spaces).

Storage Spaces Direct è una caratteristica di server-side caching per ottimizzare le performance dello storage. Questa cache si configura automaticamente e in base al tipo di drive fisici presenti (https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/storage/storage-spaces/understand-the-cache).

ReFS aumenta in modo considerevole le prestazioni in questi scenari, grazie alle su caratteristiche mirror-accelerated parity, block clone, sparse VDL, ecc.

Comuni dischi e Destinazioni di Backup
Questo utilizzo tra generalmente vantaggio dall’uso di specifiche applicazioni che hanno bisogno di affidabilità e resilienza nella gestione dei propri dati, e che possono implementare internamente le caratteristiche proprie di ReFS. Avere una destinazione di backup formattata con ReFS assicura ovviamente dei grandi vantaggi a livello di sicurezza dei dati contro ogni possibile corruzione.

 

Vediamo nello specifico le differenze tra NTFS e ReFS nelle seguenti tabelle di comparazione:

Limiti

Caratteristica ReFS NTFS
Lunghezza massima dei nomi dei file 255 caratteri Unicode 255 caratteri Unicode
Lunghezza massima dei percorsi 32K caratteri Unicode 32K caratteri Unicode
Dimensione massima dei file 35 PB (petabytes) 256 TB
Dimensione massima dei volumi 35 PB 256 TB

Funzionalità

Funzionalità ReFS NTFS
BitLocker encryption Si Si
Data Deduplication Si Si
Cluster Shared Volume (CSV) support Si Si
Soft links Si Si
Failover cluster support Si Si
Access-control lists Si Si
USN journal Si Si
Changes notifications Si Si
Junction points Si Si
Mount points Si Si
Reparse points Si Si
Volume snapshots Si Si
File IDs Si Si
Oplocks Si Si
Sparse files Si Si
Named streams Si Si
Thin Provisioning Si Si
Offloaded Data Transfer (ODX) No Si
Trim/Unmap Si Si

Le seguenti caratteristiche sono disponibili solo su ReFS:

Funzionalità ReFS NTFS
Block clone Si No
Sparse VDL Si No
Mirror-accelerated parity Si(on Storage Spaces Direct) No

Le seguenti caratteristiche non sono disponibili invece su ReFS:

Funzionalità ReFS NTFS
File system compression No Si
File system encryption No Si
Transactions No Si
Hard links No Si
Object IDs No Si
Short names No Si
Extended attributes No Si
Disk quotas No Si
Bootable No Si
Page file support No Si
Supported on removable media No Si

 

Conclusioni

Partendo quindi dalle novità introdotte con Windows Server 2016 e quelle ancora più recenti di Server 2019, possiamo evidenziare alcuni degli aspetti chiave che possono rendere ReFS la scelta migliore in molti scenari.

Le prestazioni e la scalabilità sono certamente uno dei punti forti di ReFS, potendo gestire in modo molto rapido e ottimizzato grandi quantità di dati. ReFS consente infatti volumi di dimensioni fino a 1 Yottabyte ovvero 1000 miliardi di Terabyte.  ReFS sfrutta la modalità B+ Tree nella struttura dei file. L’albero B+ è molto efficiente nell’archiviazione dei dati in quanto vi è una quantità molto alta di nodi figli nella struttura. Utilizzando i puntatori, l’albero B+ può ridurre la quantità di operazioni di I/O per recuperare un elemento nell’albero.

La sicurezza, ovvero il fatto che non c’è più bisogni di fare dei check disk, dato che questo file system riesce da solo a controllare e correggere ogni eventuale problema di corruzione dei file, grazie ai metadati e alle funzioni di resilienza.

Il suo utilizzo nella tecnologia Storage Spaces e nella virtualizzazione, dove si trae massimo vantaggio dall’incremento di prestazioni.

Per quanto riguarda invece le limitazioni o comunque alcune configurazioni con cui non è possibile usare ReFS, va evidenziato come ReFS non possa essere usato per formattare il disco di boot del sistema operativo. Inoltre, non sono supportati i dischi rimovibili e la criptazione del file system. Fino a Server 2016 non erano inoltre supportate la compressione e deduplicazione, ma queste sono state poi introdotte con Windows Server 2019: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/get-started/whats-new-in-windows-server-1709

Come fare:

Di seguito due interessanti articoli su come creare uno Storage Space mediante la funzionalità Storage Pools di Server 2016, e su come usarlo poi per creare un volume ReFS:

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/

(Inglese, Francese)



ReFS e NTFS: differenze e performance a confronto
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