windows三種文件系統FAT32 NTFS ReFS發展過程
1、FAT32文件系統
Windows早期的文件系統是FAT32文件系統，采用32位的文件分配表。FAT32文件管理格式可以對磁盤的管理能力大大增強，突破了FAT16對每一個分區的容量只有2 GB的限制。
FAT32指的是文件分配表是采用32位二進制數記錄管理的磁盤文件管理方式，因FAT類文件系統的核心是文件分配表，命名由此得來。FAT32是從FAT和FAT16發展而來的，優點是穩定性和兼容性好，能充分兼容Win 9X及以前版本，且維護方便。缺點是安全性差，且最大只能支持32GB分區（理論上可達64GB），單個文件也只能支持最大4GB。
對于使用FAT32文件系統的每個邏輯盤內部空間又可劃分為三部分，依次是引導區（BOOT區）、文件分配表區（FAT區）、數據區（DATA區）。引導區和文件分配表區又合稱為系統區，占據整個邏輯盤前端很小的空間，存放有關管理信息。數據區才是邏輯盤用來存放文件內容的區域，該區域以簇為分配單位來使用。
2、NTFS文件系統
在Win 98操作系統之后，微軟為Windows NT系統推出了New Technology File System（NTFS）文件系統，并從Windows 2000 開始一直沿用至今。NTFS格式開始支持元數據，比FAT32對磁盤的利用率更高。采用FAT32格式的操作系統可以最高支持32GB的分區，而支持NTFS格式的系統可以支持高達2TB的磁盤分區。
3、ReFS文件系統
從Win 10開始，微軟推出了ReFS文件系統，相對于NTFS文件系統，ReFS文件格式提升了更多的可靠性，特別是對于老化的磁盤或者是當機器發生斷電時，它提供更大的可靠性，ReFS兼容Storage Spaces跨區卷技術，當磁盤出現讀取和寫入失敗時，ReFS會先進行系統校驗，可以檢測到這些錯誤并進行正確的復制。
ReFS文件系統被稱為“復原文件系統”， 也被稱為“彈性文件系統”
這里重點介紹一下微軟的這個新的ReFS文件系統。
復原文件系統 (ReFS) 概述
參考：微軟官網
適用范圍：Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016、Windows Server 2012 R2、Windows Server 2012
復原文件系統 (ReFS) 是 Microsoft 的最新文件系統，旨在最大限度地提高數據可用性、跨不同的工作負荷高效地擴展到大型數據集，并提供數據完整性，使其能夠恢復損壞。 它旨在解決存儲方案的擴展集問題以及為將來的革新打造基礎。
主要優點
復原能力
ReFS 引入了一項新功能，可以準確地檢測到損壞并且還能夠在保持聯機狀態的同時修復這些損壞，從而有助于增加你的數據的完整性和可用性：
- 完整性流 - ReFS 將校驗和用于元數據和文件數據（可選），這使得 ReFS 能夠可靠地檢測到損壞。
- 存儲空間集成-與鏡像或奇偶校驗空間配合使用時，ReFS 可以使用存儲空間提供的數據的備用副本自動修復檢測到的損壞。 修復過程將本地化到損壞區域且聯機執行，并且不會出現卷停機時間。
- 補救數據 -如果卷損壞并且損壞數據的備用副本不存在，ReFS 將從命名空間中刪除損壞的數據。 ReFS 在處理大多數不可更正的損壞時可將卷保持在聯機狀態，但在極少數情況下，ReFS 需要將卷保持在脫機狀態。
- 主動錯誤糾正 -除了在讀取和寫入之前驗證數據外，ReFS 還引入了一個稱為 清理器的數據完整性掃描器。 此清理器會定期掃描卷，從而識別潛在損壞，然后主動觸發損壞數據的修復。
性能
除了提供復原能力改進之外，ReFS 還針對對性能極其敏感和虛擬化的工作負載引入新功能。 實時層優化、塊克隆和稀疏 VDL 都是不斷發展的 ReFS 功能的絕佳示例，它們專為支持各種動態工作負載而設計：
- 鏡像加速奇偶校驗 - 鏡像加速奇偶校驗既可以提供高性能，也可為你的數據提供高效的容量存儲。 為了提供高性能和高效的容量存儲，ReFS 會將卷劃分為兩個邏輯存儲組，稱為層。 這些層可具有自己的驅動器和復原類型，這使得能夠針對性能或容量對每個層進行優化。 某些示例配置包括：
|
性能層 |
容量層 |
|
鏡像的 SSD |
鏡像的 HDD |
|
鏡像的 SSD |
奇偶校驗 SSD |
|
鏡像的 SSD |
奇偶校驗 HDD |
配置這些層后，ReFS 將使用它們為冷數據的熱數據和容量高效存儲提供快速存儲：
- 所有寫入都將在性能層中進行，并且在性能層中保留的大數據塊將以實時形式有效地移至容量層。
- 如果使用混合部署 (將閃存驅動器和 HDD 驅動器混合) ，則存儲空間直通中的緩存可幫助加快讀取速度，同時降低虛擬化工作負荷的數據碎片特性的影響。 否則，如果使用的是雙閃存部署，則讀取也會出現在性能層中。
備注 對于 Windows 服務器部署，僅存儲空間直通支持鏡像加速的奇偶校驗。 建議僅將鏡像加速奇偶校驗用于存檔和備份工作負荷。 對于虛擬化和其他高性能隨機工作負載，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載的性能而專門設計的新功能：
- 阻止克隆 -阻止克隆加速復制操作，實現快速、低影響 VM 檢查點合并操作。
- 稀疏 VDL-稀疏 VDL 允許 ReFS 快速引用零個文件，從而減少了從數十分鐘到僅秒創建固定 Vhd 所需的時間。
- 可變群集大小 - ReFS 支持 4K 和 64K 的群集大小。 4K 是針對大多數部署的建議的群集大小，但 64K 群集適合于大型的、順序 IO 工作負載。
可伸縮性
ReFS 設計用于支持極大型的數據集-數百萬 tb-不會對性能產生負面影響，從而實現比以前文件系統更好的縮放。
支持的部署
Microsoft 開發了 NTFS 專門用于各種配置和工作負載。 對于特別需要 ReFS 提供的可用性、復原能力和/或規模的客戶，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 目錄認證硬件，并滿足應用程序要求。
重要 如果你計劃對群集共享卷使用 ReFS (Csv) ，請參閱 在故障轉移群集中使用群集共享卷 了解重要信息。
存儲空間直通
建議為虛擬化工作負荷或網絡附加存儲部署存儲空間直通上的 ReFS：
- 鏡像加速奇偶校驗和存儲空間直通中的緩存 可提供高性能和高效的容量存儲。
- 引入塊克隆和稀疏 VDL 顯著加快了創建、合并和擴展等 .vhdx 文件操作的速度。
- 完整性-流、聯機修復和備用數據副本使 ReFS 和存儲空間直通能夠在元數據和數據中共同檢測并更正存儲控制器和存儲媒體損壞。
- ReFS 提供擴展和支持大量數據集的功能。
存儲空間
在具有共享 SAS 機箱的存儲空間上部署 ReFS 適合于托管存檔數據和存儲用戶文檔：
- 完整性-流、聯機修復和備用數據副本使 ReFS 和存儲空間能夠在元數據和數據中共同檢測并更正存儲控制器和存儲媒體損壞。
- 存儲空間部署還可以利用塊克隆和 ReFS 中提供的可擴展性。
備注 存儲空間支持通過 BusTypes SATA、SAS、NVME 進行的本地非可移動直接連接，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 最適用于實現其自己的軟件復原能力和可用性解決方案的應用程序：
- 引入其自己的復原和可用性軟件解決方案的應用程序可以使用完整性流、塊克隆以及擴展和支持大型數據集的能力。
備注 基本磁盤包括通過 BusTypes SATA、SAS、NVME 或 RAID 的本地非可移動直接連接。 基本磁盤不包括存儲空間。
備份目標
將 ReFS 部署為備份目標最適用于實現其自己的復原和可用性解決方案的應用程序和硬件：
- 引入其自己的復原和可用性軟件解決方案的應用程序可以使用完整性流、塊克隆以及擴展和支持大型數據集的能力。
備注 備份目標包括上述受支持的配置。 請與應用程序和存儲陣列供應商聯系，以獲取有關光纖通道和 iSCSI San 的支持詳細信息。 對于 San，如果需要精簡設置、剪裁/取消映射或卸載數據傳輸 (ODX) 的功能，則必須使用 NTFS。
功能比較
限制
|
功能 |
ReFS |
NTFS |
|
最大文件名稱長度 |
255 個 Unicode 字符 |
255 個 Unicode 字符 |
|
最大路徑名稱長度 |
32K Unicode 字符 |
32K Unicode 字符 |
|
文件大小上限 |
35 PB (pb) |
256 TB |
|
最大卷大小 |
35 PB |
256 TB |
功能
ReFS 和 NTFS 提供以下功能：
|
功能 |
ReFS |
NTFS |
|
BitLocker 加密 |
是 |
是 |
|
重復數據刪除 |
是1 |
是 |
|
群集共享卷 (CSV) 支持 |
是23 |
是 |
|
交接點/軟鏈接 |
是 |
是 |
|
硬鏈接 |
是4 |
是 |
|
故障轉移群集支持 |
是 |
是 |
|
訪問控制列表 |
是 |
是 |
|
USN 日志 |
是 |
是 |
|
更改通知 |
是 |
是 |
|
交接點 |
是 |
是 |
|
裝入點 |
是 |
是 |
|
重分析點 |
是 |
是 |
|
卷快照 |
是 |
是 |
|
文件 ID |
是 |
是 |
|
Oplocks |
是 |
是 |
|
稀疏文件 |
是 |
是 |
|
命名流 |
是 |
是 |
|
精簡預配 |
是5 |
是 |
|
剪裁/取消映射 |
是5 |
是 |
- 適用于 Windows Server 版本 1709 及更高版本、Windows Server 2019 (1809) LTSC 或更高版本。
- 適用于 Windows Server 2012 R2 及更高版本。
- CSV 不會將直接 I/O 與 存儲空間、存儲空間直通 (S2D) 或 SAN 一起使用。
- 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的卷。
- 存儲空間。
以下功能僅適用于 ReFS：
|
功能 |
ReFS |
NTFS |
|
塊克隆 |
是 |
否 |
|
稀疏 VDL |
是 |
否 |
|
鏡像加速奇偶校驗 |
是（在存儲空間直通上） |
否 |
|
文件級快照 |
是1 |
否 |
- 在 Windows Server 2022 及更高版本上可用。
目前 ReFS 上未提供以下功能：
|
功能 |
ReFS |
NTFS |
|
文件系統壓縮 |
否 |
是 |
|
文件系統加密 |
否 |
是 |
|
事務 |
否 |
是 |
|
對象 ID |
否 |
是 |
|
ODX (卸載) |
否 |
是 |
|
短名稱 |
否 |
是 |
|
擴展的屬性 |
否 |
是 |
|
磁盤配額 |
否 |
是 |
|
可引導 |
否 |
是 |
|
頁面文件支持 |
否 |
是 |
|
在可移動媒體上受支持 |
否 |
是 |
ReFS格式相對于NTFS的優勢
1、不需要chkdsk命令修復磁盤
電腦在長期使用中，尤其是突然斷電等情況，有時會出現需要修復的情況。所以NTFS在出錯時需要使用chkdsk命令來修復硬盤，但ReFS格式先天性不需要修復。
2、ReFS格式把硬盤產生壞道對數據的影響降到最低
NTFS格式的話，數據區產生壞道數據可能就壞掉了。 但ReFS格式自帶自動校驗數據并修復的功能。
ReFS格式相對于NTFS的缺點
1、從前面的對比表中發現不支持引導，即暫時不支持安裝系統，不能作為引導分區。（但國內有些論壇已經嘗試可成功引導）
2、現在專業版Win10 默認已經不提供ReFS格式的格式化選擇了，只有企業版及專業工作站版才有（但專業版依然提供格式的支持）。
小結
ReFS是一種微軟新的文件系統，主要針對服務器或需要大量處理數據的電腦，它對數據損壞具有彈性。
但ReFS暫時還不是NTFS的真正替代品（至少ReFS卷官方說明不可引導），REFS文件系統有點類似NTFS+數據陣列，另針對固盤及4K讀取速度有比較大的提升 。
不過。但是現在ReFS似乎還不夠穩定，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。需要等待一段時間。
所時暫時來講，Windows的主力文件系統還是NTFS。等ReFS成熟穩定后，有可能會被ReFS替代。
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