ReFS vs NTFS — что лучше?

25 марта 2025 года Microsoft заявила, что компания планирует сделать ReFS основной файловой системой для операционной системы Windows, оставив устаревшую NTFS в прошлом. Команда ServerFlow решила разобраться, действительно ли ReFS является лучшей альтернативой NTFS, сравним преимущества и недостатки этих файловых систем, а также объясним, почему NTFS уже не удовлетворяет требования вычислительных систем.

Прежде чем переходить к разбору преимуществ и недостатков ReFS и NTFS, стоит объяснить что скрывается под термином “файловая система”.

Файловая система — это алгоритм, который организует, хранит и управляет данными на SSD, HDD и облачных хранилищах. Основная задача файловой системы — превратить физическое пространство памяти в логическую иерархию, понятную как пользователю, так и операционной системе. На базовом уровне файловая система работает с двумя элементами: файлами и каталогами. Файловая система влияют на работу большинства программ и приложений. Например, среды Hyper-V не могут нормально функционировать без эффективной файловой системы, так как она оказывает значительное влияние на производительность виртуальных машин. Однако, функционал файловой системы гораздо шире — она также может отслеживать метаданные файла (название, размер, дата создания, права доступа), управлять свободным пространством, предотвращать фрагментацию данных, а также обеспечивать целостность информации через алгоритмы по типу журналирования, которое фиксирует изменения перед их внедрением. Современные файловые системы, такие как APFS (Apple), ZFS (Linux), ReFS и NTFS (Windows), внедряют продвинутые функции, такие как автоматическое создание снапшотов, дедупликацию данных, шифрование на уровне блоков и так далее. При этом, каждая ОС, будь то Windows, Linux, macOS, использует собственные форматы (FAT32, NTFS, exFAT, ext, HFS+), что иногда создает сложности в кросс-платформенной совместимости.

Поскольку мы будем рассказывать о ReFS в контексте сравнения с привычной файловой системой Windows, нужно вспомнить, что из себя представляла файловая система NTFS.

NTFS (New Technology File System) — файловая система Microsoft, разработанная в 1993 году для Windows NT, заменившая устаревшие FAT и HPFS. Ее архитектура строится вокруг Master File Table (MFT) — централизованной базы данных, где каждая запись размером 1024 байта содержит метаданные файлов: имя, временные метки, права доступа через списки ACL и атрибуты вроде шифрования EFS или сжатия LZ77. Мелкие файлы (до 900 байт) хранятся прямо в MFT, избегая обращения к диску, а крупные разбиваются на кластеры — блоки от 512 байт до 64 КБ. Теоретически NTFS поддерживает кластеры размером 16 ЭБ (эксабайт), но на практике в операционных системах Windows 10-11 максимальный объем ограничен 256 ТБ, а размер файла — 16 ТБ. 

Для обеспечения надежности NTFS использует журналирование метаданных с возможностью восстановления структуры после сбоев, но это не защищает само содержимое файлов. При аварийном отключении питания система анализирует журнал и откатывает незавершенные операции. Дополнительную устойчивость обеспечивают теневые копии, создающие снапшоты файлов через механизм Copy-on-Write. Шифрование файлов осуществляется по протоколу AES-256, а ключи защищаются сертификатами пользователя. Windows также позаботилась об оптимизации производительности NTFS — сжатие LZ77 экономит до 50% места для текстовых файлов, однако, это увеличивает нагрузку на процессор.

Совместимость NTFS сильно ограничена: в Linux чтение и запись обеспечивает драйвер NTFS-3G, но без поддержки EFS и жестких ссылок. macOS требует сторонних драйверов (Paragon NTFS) для записи, а игровые консоли и медиаустройства часто не распознают NTFS, опознавая только файловую систему exFAT. Система также не работает в DOS и старых версиях Windows (95, 98). Еще один минус NTFS — потоки данных могут быть уязвимы к внедрению скрытого вредоносного кода, которые интегрируются в системные файлы, невидимые для пользователя. 

Несмотря на это, NTFS долгое время оставалась стандартом для Windows и Windows Server благодаря балансу скорости, безопасности и функциональности. Однако, времена поменялись и недостатки файловой системы NTFS стали все ощутимыми из-за растущих требований десктопных устройств и серверных систем. Ввиду этого, впоследствии Microsoft начала рассматривать альтернативные файловые системы, которые больше подходили под современные стандарты, и в конечном итоге в 2012 году была разработана ReFS.

ReFS (Resilient File System) — это файловая система от Microsoft, ранее известная как Protogon, которая была создана на основе исходного кода NTFS и впервые появилась в операционной системе Windows Server 2012. При создании ReFS, Microsoft ориентировалась на устранение недостатков файловой системы NTFS, а также на поддержку работы с экстремальными объемами данных, системами виртуализации и корпоративными хранилищами. Другими словами, файловая система ReFS, в отличие NTFS, была оптимизирована для работы с серверными инфраструктурами, для которых крайне важна высокая отказоустойчивость и широкие возможности масштабирования. Расскажем более подробно о всех преимуществах файловой системы ReFS в сравнении с NTFS:

Главное преимущество ReFS — встроенные механизмы самодиагностики и самовосстановления. Каждый блок данных в этой системе сопровождается 64-битной контрольной суммой, которая хранится отдельно от основного содержимого блока. При каждом чтении файла ReFS проверяет целостность этих сумм. Если обнаруживается несоответствие (например, из-за сбоя диска или ошибки передачи), система автоматически пытается восстановить данные, используя зеркальные копии (при работе в связке с Storage Spaces) или резервные копии метаданных. В NTFS подобные ошибки часто требуют ручного запуска утилиты chkdsk, которая может "заморозить" работу системы на несколько часов, особенно в кластерах данных объемом в несколько ТБ. ReFS полностью устраняет необходимость простоев, выполняя восстановление в фоновом режиме без прерывания доступа к данным. Также ReFS отлично подходит для создания программно определяемых хранилищ (программные уровни RAID), которые увеличивают отказоустойчивость памяти, минимизируя возможность повреждения данных. 

ReFS заточена под обработку колоссальных объемов информации, что обеспечивается обновленной схемой ветвления. Максимальный размер файла в ней достигает 35 ПБ ( NTFS предлагает только 16 ТБ), а раздел может занимать до 262 144 ЭБ, что делает эту файловую систему особенно полезной в таких сферах, как обучение и инференс искусственного интеллекта, работа с большими объемами данных и сложнейшими научными вычислениями. Для сравнения: файловая система NTFS, созданная в эпоху, когда 1 терабайт казался фантастикой, сегодня сталкивается с ограничениями в распределении метаданных на массивах в десятки петабайт. Кроме того, ReFS, как и предшественник в лице NTFS, использует механизм Copy-on-Write. Он не только защищает данные от повреждения при сбоях, но и ускоряет создание снапшотов для виртуальных машин Hyper-V, сокращая время их развертывания на 40%.

ReFS тесно интегрирована с Storage Spaces — технологией Microsoft для создания отказоустойчивых программно-определяемых хранилищ. В такой связке ReFS поддерживает тонкое выделение пространства, когда физическая емкость дисков выделяется по мере необходимости, а не резервируется заранее. Это позволяет эффективно управлять ресурсами в гибридных средах с SSD и HDD, динамически перемещая "горячие" данные на быстрые SSD-накопители. NTFS, напротив, требует фиксированного выделения места, что ведет к простаиванию дискового пространства и может стать критичным для работы серверной инфраструктуры. Еще одна уникальная черта ReFS — потоковая устойчивость к сбоям питания. При внезапном отключении энергии система гарантирует, что метаданные останутся в сохранности, а незавершенные операции записи откатятся до последней стабильной версии. В NTFS такие сбои часто приводили к повреждению данных и полной остановки всех операций. Поврежденные данные впоследствии нужно было восстанавливать вручную.

Несмотря на прорывные возможности, ReFS не является универсальной заменой NTFS. ReFS не поддерживает следующие функции файловой системы NTFS:

• Поддержка файлов подкачки;
• Шифрование EFS;
• Краткие названия файлов;
• Расширенные атрибуты;
• Использование файловой системы на съемных накопителях;
• Дисковые квоты;
• Сжатие файловой системы.

Все это делает делает ReFS непригодной для некоторых legacy-приложений и менее полезной для пользователей ПК. Кроме того, ReFS нельзя использовать для загрузочных дисков в большинстве редакций Windows — ее применяют исключительно для хранения данных. Актуальные версии системы Windows Server в первую очередь ориентированы на корпоративные сценарии использования: кластеры файловых серверов, резервные хранилища с дедупликацией, СУБД вроде SQL Server и платформы для машинного обучения, где ReFS обеспечивает отказоустойчивость и масштабируемость. Для рядового пользователя, которому важны совместимость с внешними накопителями и привычные функции вроде сжатия папок, NTFS остается оптимальным выбором. 

Помимо этого, технология Storage Spaces, будучи ключевым компонентом ReFS, негативно влияет на производительность системы, поскольку увеличивает нагрузку на центральный процессор и накопители данных. Особенно негативно работа Storage Spaces будет влиять на маломощные системы, где изначально присутствует недостаток вычислительных ресурсов и производительности. Ввиду этого, файловая система ReFS не получится использовать на ПК с устаревшими компонентами и небольшим количеством оперативной памяти, а также на большинстве пользовательских ноутбуков. Однако, компания Windows предусмотрела этот недостаток ReFS, добавив возможность отключить функцию Storage Spaces, тем самым позволяя использовать отказоустойчивую файловую систему как NTFS, не снижая производительность устройства. Еще один минус ReFS, который также применим и к NTFS — отсутствие прямой совместимости с Linux и MacOS. Это вовсе не удивительно — эти операционные системы являются давними конкурентами, поэтому вряд ли компании будут напрямую добавлять поддержку совместимости и остается надеяться только на энтузиастов среди пользователей.

Конечно, Microsoft позиционирует ReFS как полноценную замену NTFS, однако, пока что эти файловые системы должны сосуществовать друг с другом. Как мы выяснили, ReFS отлично оптимизирована для использования в коммерческих серверных инфраструктурах — она предлагает расширенные возможности для хранения больших объемов данных и в ней убраны все лишние функции, которые являются ключевыми для пользовательских устройств. В свою очередь, NTFS специально разработана для различных сценариев использования и частого применения в повседневных задачах. Ее функции делают ее более универсальной, поэтому она вполне эффективна как на десктопных, так и на серверных системах. Обе файловых систем хорошие в разных сферах, что доказывается тестированием в бенчмарке Phoronix — он показал, что ReFS продемонстрировала на 15% более высокую скорость записи больших файлов до 10 ГБ по сравнению с NTFS, но проигрывает на 20% при работе с тысячами мелких файлов. По этим причинам, Microsoft пока что не убрала NTFS из актуальных версий своих операционных систем, предоставив пользователям возможность переключаться между ReFS и NTFS при необходимости. 

Несмотря на то, что ReFS появилась еще в 2012 году, эта файловая система все еще не готова для всеобщей интеграции, что во многом обуславливается тем, что ее возможности долгое время были избыточны. Но времена поменялись и ReFS с каждым годом становится более востребованной, и Microsoft, скорее всего, будут постепенно дополнять ее функционалом из NTFS, делая отказоустойчивую файловую систему ориентированной на более широкий круг пользователей. Поэтому вполне возможно, что уже в ближайшем будущем ReFS полностью вытеснит традиционную NTFS как с пользовательских OS Windows, так и с систем Windows Server.