参照FS

参照FS
開発者	マイクロソフト
フルネーム	復元力のあるファイルシステム
紹介された	2012年8月1日; 12年前 Windows Server 2012
構造
ディレクトリの内容	B+ツリー
制限
最大ボリュームサイズ	35ペタバイト
最大ファイルサイズ	35ペタバイト
特徴
属性	はい
透過的な; 圧縮	いいえ
データ重複排除	はい、2016年にデビューしたv3.2以降v1709
コピーオンライト	はい
他の
サポートされている; オペレーティングシステム	Windows Server 2012以降; Windows 8.1以降（Windows 10の2017年秋のクリエイターズアップデートでReFSボリューム作成機能が削除されました。ただし、Windows 10 EnterpriseおよびPro for Workstationsは除きます）;
Webサイト	learn.microsoft.com/en-US/windows-server/storage/refs/refs-overview

Resilient File System（ReFS）^[6] 、コードネーム「Protogon」^[7]は、NTFSに続く「次世代」ファイルシステムとなることを目的として Windows Server 2012で導入されたMicrosoft 独自のファイルシステムです。

ReFS は、NTFS が考案されてから数年の間に重要になった、データストレージ要件の変化に関連する問題を克服するために設計されました。これらの要件は、ストレージシステムと使用法における 2 つの大きな変化、つまり、使用中のストレージのサイズ (現在ではマルチテラバイトドライブの大規模または大規模なアレイが一般的) と継続的な信頼性の必要性から生じました。その結果、ファイルシステムは自己修復機能 (ディスクチェックが非現実的なほど遅くなったり中断したりしないようにするため) と、物理ディスクと論理ボリューム間の抽象化または仮想化が必要になります。

ReFS の主な設計上の利点としては、自動整合性チェックとデータスクラビング、 chkdsk実行の必要性の排除、データ劣化に対する保護、ハードディスクドライブ障害と冗長性の組み込み処理、RAID機能の統合、データとメタデータの更新に対する書き込み時のコピー/割り当てへの切り替え、非常に長いパスとファイル名の処理、およびストレージの仮想化とプーリング(使用されるドライブの物理サイズとは無関係な、ほぼ任意のサイズの論理ボリュームを含む) などがあります。

NTFSとの比較

主な新機能

ディスク上の構造の信頼性の向上

ReFSは、すべてのメタデータとファイルデータを含むすべてのディスク上の構造にB+ツリーを使用します。 ^[2]^{[8]メタデータとファイルデータは、}リレーショナルデータベースに似たテーブルに編成されます。ファイルサイズ、フォルダー内のファイル数、合計ボリュームサイズ、ボリューム内のフォルダー数は、64ビット数によって制限されます。その結果、ReFSは最大35ペタバイトのファイルサイズと最大35ペタバイトのボリュームサイズをサポートします。^[3]

内蔵された回復力

ReFS は、メタデータに対して書き込み時の割り当て更新戦略を採用しています。^[2]この戦略では、更新トランザクションごとに新しいチャンクを割り当て、大規模なIOバッチを使用します。すべての ReFS メタデータには、独立して保存される 64 ビットのチェックサムがあります。ファイルデータには、別の「整合性ストリーム」にオプションのチェックサムを含めることができます。この場合、ファイル更新戦略では、ファイルデータに対して書き込み時の割り当ても実装されます。これは、ファイルとディレクトリの両方に適用可能な新しい「整合性」属性によって制御されます。ファイルデータまたはメタデータが破損した場合、メンテナンスのためにボリューム全体をオフラインにすることなくファイルを削除し、バックアップから復元できます。組み込みの回復力により、管理者はReFS を使用する際に、 CHKDSKなどのエラーチェックツールを定期的に実行する必要はありません。

既存のAPIおよびテクノロジーとの互換性

ReFS は NTFS 機能のサブセットのみをサポートし、"広く採用されている" Win32 API のみをサポートします。新しいシステム API は必要なく、ほとんどのファイルシステムフィルターは ReFS ボリュームでも引き続き機能します。^{[2] ReFS は、}BitLocker暗号化、アクセス制御リスト、USN ジャーナル、変更通知、^[9] シンボリックリンク、ジャンクションポイント、マウントポイント、再解析ポイント、ボリュームスナップショット、ファイル ID、oplockなど、既存の Windows および NTFS 機能を多数サポートしています。ReFS は、記憶域スペース^[2]とシームレスに統合されます。記憶域スペースは、データのミラーリングとストライピング、およびマシン間の記憶域プールの共有を可能にする記憶域仮想化レイヤーです。[10] ReFS の回復力機能は、記憶域^{スペースによって提供されるミラーリング機能を強化し、}データスクラブプロセス^[8]を使用して、ミラー化されたファイルのコピーが破損していないかどうかを検出できます。データスクラブプロセスは、すべてのミラーコピーを定期的に読み取り、チェックサムを検証してから、不良コピーを正常なコピーに置き換えます。

Microsoft WindowsとWindows ServerにはReFSUtilというコマンドラインユーティリティが含まれており、これを使用して、ひどく損傷したReFSボリュームを診断し、残っているファイルを識別し、それらのファイルを別のボリュームにコピーすることができます。^[11]

削除された機能

一部の NTFS 機能は ReFS に実装されていません。これには、オブジェクト ID、8.3 ファイル名、NTFS 圧縮、暗号化ファイルシステム(EFS)、トランザクション NTFS、拡張属性、ディスククォータが含まれます。^[7]^[2]^[12]ミラーボリュームまたはストライプボリュームを持つダイナミックディスクは、記憶域スペースによって提供されるミラーボリュームまたはストライプストレージプールに置き換えられます。ただし、自動エラー修正はミラースペースでのみサポートされます。データ重複除去は、 ReFS の初期バージョンには存在しませんでした。^[2]これは v3.2 で実装され、Windows Server v1709 で初めて登場しました。^[4]

代替データストリームとハードリンクのサポートは、当初 ReFS に実装されていませんでした。Windows 8.1 64 ビット版および Server 2012 R2 では、ファイルシステムは最大 128K の長さの代替データストリームのサポートを再取得し、整合性ストリームがパリティスペースで使用される場合の破損の自動修正が可能になりました。^[13] ReFS は当初、代替データストリームがないため、Microsoft SQL Serverインスタンスの割り当てには適していませんでした。 ^[14]ハードリンクは Windows Server 2022 のプレビューバージョンで導入されましたが、Windows 11 ではまだ利用できません。

実装

ReFSは当初、将来のバージョンで段階的にコンシューマーシステムに移行することを目的としてWindows Server 2012にのみ追加され、 Windows 8.1でそれが実現しました。^{[3]初期バージョンでは、}ディスククォータ、代替データストリーム、拡張属性などのNTFS機能がいくつか削除されました。これらの機能の一部は、ReFSの後のバージョンで再実装されました。

初期のバージョン（2012～2013年）では、ReFSはほとんどのテストでNTFSと同等かわずかに高速でしたが、^[15]完全な整合性チェックを有効にするとはるかに遅くなり、これはReFSが比較的新しいためだと考えられています。^[16]^{[自己出版ソース]}^[17]^{[自己出版ソース]}

ReFSボリュームを作成する機能は、Windows 10の2017年秋のクリエイターズアップデートで、EnterpriseとPro for Workstationsを除くすべてのエディションから削除されました。^[5]^{[なぜ? ]}

Windows Server 2022およびWindows 11以降では、ブート環境がReFSをネイティブにサポートしており、ReFS v3でフォーマットされたボリュームに特別な方法でシステムをインストールして実行できます。ReFS v1でフォーマットされたボリュームの場合は、ReFSでブートすることはできません。^[18]

Windows 11 ビルド 22621.2338 以降では、Dev Drive 機能を通じて ReFS が再導入され、固定ストレージドライブと VHD を ReFS としてフォーマットできるようになり、使用中に特別なファイルとMicrosoft Defenderポリシーが追加されます。

ReFSボリュームのクラスターサイズは4KBまたは64KBです。^[19]

歴史

サーバー 2016

2015 年の Storage Developer Conference で、Microsoft の開発者がWindows Server 2016でリリースされ、Technical Preview 4 に含まれる予定の ReFS の機能強化、「ReFS v2」を発表しました。^[20]この発表では、ReFS にファイル間のブロックの移動、並べ替え、クローン作成を非常に高速に行う機能^[21] (ファイルのすべてのブロックに対して実行可能) が含まれるようになったことが強調されました。これは特に仮想化に必要であり、高速プロビジョニング、差分マージ、階層化を可能にするとされています。その他の機能強化には、再実行ログ (同期ディスク書き込み用)、並列化、初期化されていないスパースデータとファイルの効率的な追跡、効率的な 4k I/Oが含まれます。^[20]

サーバー2022

Windows Server 2022（ReFSバージョン3.7を使用）はファイルレベルのスナップショットをサポートしています。^[3]

Windows Insider Preview 22H2および23H2（ビルド226**および25***）は、LZ4およびzstdアルゴリズムを使用したReFSボリューム圧縮をサポートしています。^[22]

バージョン

ReFS にはいくつかの異なるバージョンがあり、オペレーティングシステムのバージョン間の互換性のレベルもさまざまです。ファイルシステムの開発バージョンを除き、通常、新しいバージョンのオペレーティングシステムでは、以前のバージョンの OS で作成されたファイルシステムをマウントできます (下位互換性)。一部の機能は、OS の機能セットと互換性がない場合があります。ファイルシステムのバージョン、クラスターサイズ、その他の機能は、コマンドを使用して照会できますfsutil fsinfo refsinfo volumename。

1.1 : Windows Server 2012でフォーマットされたオリジナルバージョン。
1.2 : Windows 8.1、Windows 10 RTM から v1607、Windows Server 2012 R2 でフォーマットされた場合、および Windows Server 2016 で ReFSv1 を指定した場合の既定のバージョン。Windows Server 2012 R2 では代替データストリームを使用できます。
2.2 : Windows 10 Preview ビルド 10049 以前でフォーマットされたデフォルトバージョン。10061 以降ではマウントできませんでした。
2.0 : Windows Server 2016 TP2 および TP3でフォーマットされたデフォルトバージョン。Windows 10 ビルド 10130 以降、または Windows Server 2016 TP4 以降ではマウントできませんでした。
3.0 : Windows Server 2016 TP4 および TP5 でフォーマットされたデフォルトバージョン。
3.1 : Windows Server 2016 RTM でフォーマットされたデフォルトバージョン。
3.2 : Windows 10 v1703 および Windows Server Insider Preview ビルド 16237 でフォーマットされたデフォルトバージョン。Windows 10 Insider Preview 15002 以降でフォーマットできます (ただし、デフォルトになったのは 15002 から 15019 の間です)。サーバーバージョンでは重複排除をサポートします。
3.3 : Windows 10 Enterprise v1709 (ビルド 16226 以降、Enterprise および Pro for Workstations を除くすべてのエディションから ReFS ボリューム作成機能が削除されましたが、読み取り/書き込み機能は残っています^[5] ) および Windows Server バージョン 1709 (Windows 10 Enterprise Insider Preview ビルド 16257 および Windows Server Insider Preview ビルド 16257 以降) でフォーマットされた既定のバージョン。
3.4 : Windows 10 Pro for Workstations/Enterprise v1803 以降、およびサーバーバージョン (長期サポートバージョン Windows Server 2019 を含む) でフォーマットされた既定のバージョン。Windows 10 Pro 22H2 ビルド 19045 以前では、ReFS は使用できません。
3.5 : Windows 11 Enterprise Insider Preview (ビルド 19536 以降)でフォーマットされたデフォルトバージョン。ハードリンクのサポートが追加されました (新しくフォーマットされたボリュームのみ。以前のバージョンからアップグレードされたボリュームではサポートされません)。^[3]
3.6 : Windows 11 Enterprise Insider Preview (ビルド 21292 以降) および Windows Server Insider Preview (ビルド 20282 以降) でフォーマットされたデフォルトバージョン
3.7 : Windows 11 Enterprise Insider Preview (ビルド 21313 以降) および Windows Server Insider Preview (ビルド 20303 以降) でフォーマットされた既定のバージョン。また、Windows Server 2022およびWindows 11の最終リリースに同梱されたバージョンです。ファイルレベルのスナップショットが追加されました (Server 2022 でのみ使用可能)。
3.9 : Windows 11 Enterprise Insider Preview (ビルド 22598 以降) および Windows Server Insider Preview (ビルド 25099 以降) でフォーマットされた既定のバージョン。LZ4および ZSTDによるポストプロセス圧縮と透過的な解凍が追加されました。
3.10 : Windows 11 Enterprise Insider Preview および Windows Server Insider Preview (ビルド 25324 以降) でフォーマットされた既定のバージョン。
3.12 : Windows 11 Enterprise Insider Preview (ビルド 26002 以降) でフォーマットされた既定のバージョン。
3.14 : Windows 11（ビルド26047以降）でフォーマットされたデフォルトバージョン。^[23]

既知の問題

記憶域スペースで実行する場合の ReFS に関して特定または提案されている問題は次のとおりです。

REFSutil は 3.7 (Windows 2022) では動作しません
2012 年のプレリリース記事によると、ストレージスペースの上にシンプロビジョニングされた ReFS を追加すると、予期しない方法で失敗する可能性があり、その場合、ボリュームは警告なしにアクセス不能または管理不能になります。^[24]これは、たとえば、ストレージスペースの基礎となる物理ディスクがいっぱいになった場合に発生する可能性があります。Smallnetbuilderは、このような場合、ストレージスペースのレイアウトを特定して回復するには「理論上のブレークスルー」が必要であり、ファイルシステムコンテンツの ReFS 回復を開始する前に必要となるため、回復は「困難」になる可能性があるとコメントしています。そのため、バックアップも使用することを推奨しています。^[24]
記憶域スペースの上にシンプロビジョニングされた ReFS では、ReFS パーティションがシンボリュームのフルサイズまで拡張される場合が時々あります。後でシンボリュームのサイズを拡張するときに、ReFS パーティションがシンボリュームのサイズまで拡張できないことがあります。パーティションの拡張に失敗すると、シンボリュームのサイズをどれだけ大きく拡張しても、パーティションを再び拡張することはできません。回避策は、ReFS パーティションをシンボリュームのフルサイズまで拡張せず、常にボリュームの最後に数 GB を未割り当てのままにしておくことです。この問題は Server 2022 でも依然として存在します。パーティションの拡張中に、パーティションテーブルに値が書き込まれ、シンボリュームのフルサイズを使用するとテーブルが破損し、それ以上の拡張ができなくなると考えられています。そのデータはそのままで、ReFS パーティションは正常に動作します。解決策は、新しいボリュームと ReFS パーティションを作成し、古い ReFS から新しい ReFS にコピーすることです。コピー中に 2 倍のストレージが必要になると、古いボリュームを削除できます。
ReFS でフォーマットされたシンプロビジョニングボリュームは、最終的にシンボリュームを ReFS でフォーマットされたサイズのフルサイズまで拡張するため、Windows 10 でシンボリュームを使用する理由がなくなります。パーティションの使用頻度が高いほど、データがほとんど静的であっても、ボリュームの拡張が速くなります。使用頻度の低いドライブは Windows 10 でも拡張されますが、同じ速度ではありません。シンボリューム上で NTFS でフォーマットされたボリュームを使用すると、同じ拡張は発生しません。たとえば、4 TB の ReFS 双方向ミラー、99% の静的データ (データログ)、1.11 TB 使用、データは追加後変更されず、データは月に 1 回追加され、記憶域スペースは 8 TB の記憶域全体を使用します (記憶域スペースで使用されるのは約 2.2 TB です)。同じ記憶域スペースの異なるシンボリュームが ReFS でフォーマットされ、双方向ミラー、単一のデータ書き込みですが、データの使用頻度が低く、追加頻度も低くなります。シンボリューム NTFS パーティション。257 GB パーティションと同じように使用されますが、601 GB のみを使用します。7 か月の期間。
記憶域スペースがシンプロビジョニングされていない場合でも、ReFS は状況によってはすべてのファイルエラーを確実に修正できない場合があります。これは、記憶域スペースがファイルではなくブロックに対して動作するため、記憶域スペースの一部が正しく動作していないと、一部のファイルに必要なブロックや回復データが不足している可能性があるからです。その結果、ディスクやデータの追加や削除が損なわれ、冗長性の変換が困難または不可能になります。^{[引用が必要]}
Microsoft StoreはReFSボリュームにアプリをインストールできません。^[25]^{[自費出版ソース]}

他のファイルシステムとの比較

ReFS と同様に、ZFS、Bcachefs、Btrfs は、データ保護、スナップショット、バックグラウンドエラー修正を統合するように設計されています。

2012年にPhoronixはReFSとBtrfsの分析^[26]を書きました。当時、それらの機能は似ており、どちらもチェックサム、RAIDのような複数ディスクの使用、エラー訂正をサポートしていました。しかし、ReFSにはBtrfsとZFSの両方に備わっているコピーオンライトスナップショットと圧縮がありませんでした。

2014年、BetaNewsはReFSのレビューを書き、実稼働環境での使用に適したかどうかを評価しました。^{[27]このレビューでは、ReFSは主要な}ファイルシステムの競合製品2つに比べて少なくともいくつかの利点があると結論付けられました。

ZFS （ Solaris、illumos、FreeBSDなどで使用）は、オンライン重複排除に数ギガバイトのRAMを必要とするという比較的極端なメモリ要件で広く批判されていました。しかし、ZFSではオンライン重複排除はデフォルトで有効になっておらず、当時はReFSでもサポートされていませんでした（その後追加されました）。そのため、ZFSのオンライン重複排除を有効にしないと、ZFSのメモリ要件が数百メガバイトしかなく、2つのファイルシステムをより均等に比較することができました。^[28]
Droboなどの製品は独自の方法を使用しており、その背後にある企業が失敗した場合の代替手段はありません。

リバースエンジニアリングと内部構造

2019年11月現在^{[アップデート]}、マイクロソフトはReFSの仕様を公開しておらず、オープンソースのドライバーも作成されていません。ReFSを文書化するサードパーティのオープンソースプロジェクトがGitHubにあります。^[29]^[30]

Paragon Software Group は、 Windows および Linux 用のクローズドソースドライバーを提供しています。

参照

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外部リンク

Server 2012 の NTFS と ReFS の詳細な違いと、どちらかを選択する理由の分析
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