Windows三种文件系统FAT32 NTFS及ReFS简介及三种文件系统优缺点对比

Windows三种文件系统FAT32 NTFS ReFS发展过程

1、FAT32文件系统

Windows早期的文件系统是FAT32文件系统，采用32位的文件分配表。FAT32文件管理格式可以对磁盘的管理能力大大增强，突破了FAT16对每一个分区的容量只有2 GB的限制。

FAT32指的是文件分配表是采用32位二进制数记录管理的磁盘文件管理方式，因FAT类文件系统的核心是文件分配表，命名由此得来。FAT32是从FAT和FAT16发展而来的，优点是稳定性和兼容性好，能充分兼容Win 9X及以前版本，且维护方便。缺点是安全性差，且最大只能支持32GB分区（理论上可达64GB），单个文件也只能支持最大4GB。

对于使用FAT32文件系统的每个逻辑盘内部空间又可划分为三部分，依次是引导区（BOOT区）、文件分配表区（FAT区）、数据区（DATA区）。引导区和文件分配表区又合称为系统区，占据整个逻辑盘前端很小的空间，存放有关管理信息。数据区才是逻辑盘用来存放文件内容的区域，该区域以簇为分配单位来使用。

2、NTFS文件系统

在Win 98操作系统之后，微软为Windows NT系统推出了New Technology File System（NTFS）文件系统，并从Windows 2000开始一直沿用至今。NTFS格式开始支持元数据，比FAT32对磁盘的利用率更高。采用FAT32格式的操作系统可以最高支持32GB的分区，而支持NTFS格式的系统可以支持高达2TB的磁盘分区。

3、ReFS文件系统

从Win 10开始，微软推出了ReFS文件系统，相对于NTFS文件系统，ReFS文件格式提升了更多的可靠性，特别是对于老化的磁盘或者是当机器发生断电时，它提供更大的可靠性，ReFS兼容Storage Spaces跨区卷技术，当磁盘出现读取和写入失败时，ReFS会先进行系统校验，可以检测到这些错误并进行正确的复制。

ReFS文件系统也是想解决硬件Raid的问题 实现软Raid , 类似ZFS，XFS，Btrfs，APFS等想做的事情。

ReFS文件系统被称为“复原文件系统”， 也被称为“弹性文件系统”

这里重点介绍一下微软的这个新的ReFS文件系统。

复原文件系统 (ReFS) 概述

适用范围：Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016、Windows Server 2012 R2、Windows Server 2012

在Windows Server 2012时期(就是Win8时代)，微软加入了一个新的文件系统就是它，全称Resilient File System弹性文件系统。

复原文件系统 (ReFS) 是 Microsoft 的最新文件系统，旨在最大限度地提高数据可用性、跨不同的工作负荷高效地扩展到大型数据集，并提供数据完整性，使其能够恢复损坏。 它旨在解决存储方案的扩展集问题以及为将来的革新打造基础。

主要优点

复原能力

ReFS 引入了一项新功能，可以准确地检测到损坏并且还能够在保持联机状态的同时修复这些损坏，从而有助于增加你的数据的完整性和可用性：

完整性流 - ReFS 将校验和用于元数据和文件数据（可选），这使得 ReFS 能够可靠地检测到损坏。

存储空间集成-与镜像或奇偶校验空间配合使用时，ReFS 可以使用存储空间提供的数据的备用副本自动修复检测到的损坏。 修复过程将本地化到损坏区域且联机执行，并且不会出现卷停机时间。

补救数据 -如果卷损坏并且损坏数据的备用副本不存在，ReFS 将从命名空间中删除损坏的数据。 ReFS 在处理大多数不可更正的损坏时可将卷保持在联机状态，但在极少数情况下，ReFS 需要将卷保持在脱机状态。

主动错误纠正 -除了在读取和写入之前验证数据外，ReFS 还引入了一个称为 清理器的数据完整性扫描器。 此清理器会定期扫描卷，从而识别潜在损坏，然后主动触发损坏数据的修复。

性能

除了提供复原能力改进之外，ReFS 还针对对性能极其敏感和虚拟化的工作负载引入新功能。 实时层优化、块克隆和稀疏 VDL 都是不断发展的 ReFS 功能的绝佳示例，它们专为支持各种动态工作负载而设计：

镜像加速奇偶校验 - 镜像加速奇偶校验既可以提供高性能，也可为你的数据提供高效的容量存储。 为了提供高性能和高效的容量存储，ReFS 会将卷划分为两个逻辑存储组，称为层。 这些层可具有自己的驱动器和复原类型，这使得能够针对性能或容量对每个层进行优化。 某些示例配置包括：

性能层

配置这些层后，ReFS 将使用它们为冷数据的热数据和容量高效存储提供快速存储：

所有写入都将在性能层中进行，并且在性能层中保留的大数据块将以实时形式有效地移至容量层。

如果使用混合部署 (将闪存驱动器和 HDD 驱动器混合) ，则存储空间直通中的缓存可帮助加快读取速度，同时降低虚拟化工作负荷的数据碎片特性的影响。 否则，如果使用的是双闪存部署，则读取也会出现在性能层中。

备注 对于 Windows 服务器部署，仅存储空间直通支持镜像加速的奇偶校验。 建议仅将镜像加速奇偶校验用于存档和备份工作负荷。 对于虚拟化和其他高性能随机工作负载，我们建议使用三向镜像以获得更好的性能。

加快 VM 操作 - ReFS 引入了为改善虚拟化工作负载的性能而专门设计的新功能：

阻止克隆 -阻止克隆加速复制操作，实现快速、低影响 VM 检查点合并操作。

稀疏 VDL-稀疏 VDL 允许 ReFS 快速引用零个文件，从而减少了从数十分钟到仅秒创建固定 Vhd 所需的时间。

可变群集大小 - ReFS 支持 4K 和 64K 的群集大小。 4K 是针对大多数部署的建议的群集大小，但 64K 群集适合于大型的、顺序 IO 工作负载。

可伸缩性

ReFS 设计用于支持极大型的数据集-数百万 tb-不会对性能产生负面影响，从而实现比以前文件系统更好的缩放。

支持的部署

Microsoft 开发了 NTFS 专门用于各种配置和工作负载。 对于特别需要 ReFS 提供的可用性、复原能力和/或规模的客户，Microsoft 支持将 ReFS 用于以下配置和方案：

备注 所有 ReFS 支持的配置都必须使用Windows Server 目录认证硬件，并满足应用程序要求。

重要 如果你计划对群集共享卷使用 ReFS (Csv) ，请参阅 在故障转移群集中使用群集共享卷 了解重要信息。

存储空间直通

建议为虚拟化工作负荷或网络附加存储部署存储空间直通上的 ReFS：

镜像加速奇偶校验和存储空间直通中的缓存 可提供高性能和高效的容量存储。

引入块克隆和稀疏 VDL 显著加快了创建、合并和扩展等 .vhdx 文件操作的速度。

完整性-流、联机修复和备用数据副本使 ReFS 和存储空间直通能够在元数据和数据中共同检测并更正存储控制器和存储媒体损坏(小辣椒高效Office)。

ReFS 提供扩展和支持大量数据集的功能。

存储空间

在具有共享 SAS 机箱的存储空间上部署 ReFS 适合于托管存档数据和存储用户文档：

完整性-流、联机修复和备用数据副本使 ReFS 和存储空间能够在元数据和数据中共同检测并更正存储控制器和存储媒体损坏。

存储空间部署还可以利用块克隆和 ReFS 中提供的可扩展性。

备注 存储空间支持通过 BusTypes SATA、SAS、NVME 进行的本地非可移动直接连接，或者通过 HBA (连接（也称为直通模式下的 RAID 控制器) ）。

基本磁盘

在基本磁盘上部署 ReFS 最适用于实现其自己的软件复原能力和可用性解决方案的应用程序：

引入其自己的复原和可用性软件解决方案的应用程序可以使用完整性流、块克隆以及扩展和支持大型数据集的能力。

备注 基本磁盘包括通过 BusTypes SATA、SAS、NVME 或 RAID 的本地非可移动直接连接。 基本磁盘不包括存储空间。

备份目标

将 ReFS 部署为备份目标最适用于实现其自己的复原和可用性解决方案的应用程序和硬件：

引入其自己的复原和可用性软件解决方案的应用程序可以使用完整性流、块克隆以及扩展和支持大型数据集的能力。

备注 备份目标包括上述受支持的配置。 请与应用程序和存储阵列供应商联系，以获取有关光纤通道和 iSCSI San 的支持详细信息。 对于 San，如果需要精简设置、剪裁/取消映射或卸载数据传输 (ODX) 的功能，则必须使用 NTFS。

功能对比

在数据支持校验和、类RAID 1功能(有改进)、以及错误自动检测修复，磁盘上每个扇区都带纠错信息，引入“清理器”定期扫描、主动修复。都是为了避免数据丢失及数据自动纠错修复。

ReFS和NTFS的数据可以互通，不用转换格式，没有兼容性问题。最大卷大小从256TB增加到35PB，这容量普通人几乎都用不到，块克隆和稀疏VDL则是虚拟机使用的。

ReFS格式相对于NTFS的优势

1、不需要chkdsk命令修复磁盘

电脑在长期使用中，尤其是突然断电等情况，有时会出现需要修复的情况。所以NTFS在出错时需要使用chkdsk命令来修复硬盘，但ReFS格式先天性不需要修复。

2、ReFS格式把硬盘产生坏道对数据的影响降到最低

NTFS格式的话，数据区产生坏道数据可能就坏掉了。 但ReFS格式自带自动校验数据并修复的功能。

3、ReFS损坏后修复数据：无法使用传统的Chkdsk磁盘检查修复，第三方数据修复公司也没有相应的工具（DiskGenius都不支持ReFS, 只有R-Studio工具支持），但ReFS有自己专用的修复工具：RefsUtil实用程序，从Windows 10 v1709开始就已经作为系统内置组件提供了，不需要第三方数据恢复工具，ReFS自带数据恢复特性，再加上RefsUtil工具，自己就可恢复数据了。

ReFS格式相对于NTFS的缺点

1、从前面的对比表中发现不支持引导，即暂时不支持安装系统，不能作为引导分区。（但国内有些论坛已经尝试可成功引导，可参考 朱玛老师文章）

2、ReFS最小分配单元(簇大小) 目前只有4K(4096)和64K两种选择，还不够灵活，NTFS则是4K~2048K很多选择，簇大小解释：假设一个杯子容量4升，如果你的水是4.1升，就要用2个杯子来装，就消耗了8升杯子空间。如果你的水只有1升，但杯子容量有100升，那也要占用这一个100升的杯子。水意指文件大小，杯子就是簇大小，簇越大越适合大文件，簇越小越适合小文件。

2、现在专业版Win10 默认已经不提供ReFS格式的格式化选择了，只有企业版及专业工作站版才有（但专业版依然提供格式的支持 Win10从16226开始默认就只能通过专业工作站版和企业版这两个SKU来格式化为ReFS文件系统）。就是说需要Win10 专业工作站、企业版，才支持 ReFS，Win10专业版没有默认了（不能创建但可以读写ReFS)。

这说明微软自己也知道，RsFS在个人电脑上其实用不上，主要是服务器、数据中心使用。或特别依赖数据修复功能且多盘多设备使用。或者有多个SSD固态硬盘想提高性能又保障数据安全的用户才需要它。

3、版本兼容性问题：ReFS是严格区分版本号的，低版本的Windows操作系统不兼容高版本的ReFS文件系统。

而且ReFS更新操作系统的同时会自动升级ReFS版本号，如再把系统版本降级回来就无法识别这个ReFS分区了。可使用修改注册表键值来禁止系统自动升级ReFS版本号

Windows Registry Editor Version 5.00
[HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMControlSet001ControlFileSystem]
"RefsDisableVolumeUpgrade"=dword:00000001

如果已经被升级了是没有办法再降级的只能重新格式化

ReFS是一种微软新的文件系统，主要针对服务器或需要大量处理数据的电脑，它对数据损坏具有弹性。 在固态盘上比较好用，性能也比较高。ReFS 支持的分区容量很大，且自带校验功能，适合服务器 数据中心使用

但ReFS暂时还不是NTFS的真正替代品（至少ReFS卷官方说明不可引导），REFS文件系统有点类似NTFS+软阵列（NTFS+Raid1(5)），另针对固盘及4K读取速度有比较大的提升 。

不过。但是现在ReFS似乎还不够稳定，版本之间可能有兼容性问题，特别是Windows 10早期版本。版本兼容性 稳定性 及支持的功能还有所欠缺，还在不断更新变化中。需要等待一段时间(小辣椒高效Office)。

所时暂时来讲，Windows的主力文件系统还是NTFS。等ReFS成熟稳定后，有可能会被ReFS替代。

按网友们总结的话：现阶段，Win上NTFS，Mac上APFS，Linux上EXT4

参考：微软官网 朱玛老师文章

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