汉澳sinox的先进文件系统zfs轻松击败微软ReFS和linux的btrfs

　　【IT专家网存储】存储的优点，一般认为是硬件驱动、基于RAID的文件系统的高可靠。真相是，显著的潜在错误依然存在，特别是随着系统为云架构和大数据应用程序扩展。这种潜在的错误，由于操作系统或者hypervisor的低级别数据错误的意识的缺乏，抽象的存储资源通过堆栈，数据完整性被假定可信任。

　　同样真实的是，简单的RAID奇偶校验不足以容纳数千个磁盘卷。如果你想深入地了解存储方法论如何挫败云革命，看看斯坦福大学的David S. H. Rosenthal教授的数据存储论文“Keeping Bits Safe: How Hard Can It Be?”。

　　与时俱进，存储交付引擎需要变得更聪明，对堆栈的其余部分更加透明，这意味着需要更好的文件系统，能够检测和实时纠正错误的卷，不能只是简单地离线定期例行错误检测。两个选项是Oracle(甲骨文)的ZFS和微软的ReFS(Resilient File System，弹性文件系统)。

　　Sun开始实时错误检测的工作可以追溯到2005年，在Solaris 11(代号为“Nevada”)的初步发展之时。其原型产品的开放源码、下一代的文件系统被称为ZFS，直至后来被Oracle收购，仍继续进行开发和改进。

　　微软正在试图在其新的ReFS文件系统中创造一些类似的能力。ReFS是Windows Server 2012 Storage Spaces的特性。在其核心，ReFS试图像ZFS一样解决基本的问题，同时保持NTFS文件系统的兼容性，以支持传统的Windows应用程序，服务和基础设施。

　　ReFS和ZFS都在传统的文件系统之上提供一些基本的改进。首先，都实时地检测和修复数据错误，无需卸载或干扰访问相应的卷。对于ZFS，这些在数据级和元数据级进行，通过使用分层校验，坚持全程上传文件结构到根节点。

　　当一个文件被读取，读取文件的校验与存储的校验相比较，错误被自动检测。在ReFS中，校验被放到文件元数据。一个附加的称为Integrity Streams的可选功能，确保更改写入时，它们被写入到一个不同的成员卷，以确保原始的不受损害。这种错误检测对抗位损坏，磁盘上存储的数据的降解，以及硬件故障，固件故障，宇宙射线和其他完整的破坏性事件，不影响联机文件系统的可用性。

　　虽然这两个文件系统有着相似的特性，ZFS的striped volume校验的表现脱颖而出。根据微软的文档，ReFS上的校验来自配对微软的Storage Spaces特性，并要求现有的奇偶校验信息“在一个可能的新写入发生之前被读取和处理”。

　　微软提倡为日志使用专用的固态硬盘以缓解可怜的写入性能，ZFS与这种效应斗争的方式是直接在大小可变的stripe写入奇偶校验信息。这缓解了写速度的害处，还纠正了臭名昭著的“RAID 5 Hole”，这是在传统的RAID系统中的一种局限，允许数据在崩溃或电源故障的情况下丢失，这实际上构成了RAID实现奇偶校验方式的一个全新的范式。

　　这两种卷的缓存实现差别巨大。ReFS可容纳SSD缓存，但有关ReFS缓存功能并不多，虽然他们不支持DRAM缓存。

　　相比之下，ZFS缓存被很好地记录，DRAM高速缓存是一项核心功能。ZFS提供三个级别的缓存：ARC，它是智能内存缓存到RAM，并使用尽可能多的可用RAM;L2ARC，这是一次性的(非存储)SSD读缓存;以及ZIL，这是SSD写缓存，缓冲写到底层卷。

　　ARC在整个ZFS文件系统结构中的位置

　　ZFS支持使用PCIe固态硬盘或超低延迟的电池供电RAM磁盘设备作为ZIL以大幅降低到ZFS卷的写入延迟。而微软唯一的相关声明是“客户可以为此使用第三方解决方案”。

　　这两个文件系统都支持快照、加密、超大磁盘、巨量文件和16 EB的最大卷容量。但是，ReFS不支持压缩或重复数据删除，这两者都是 ZFS中的核心功能，即使Windows Storage Spaces支持NTFS卷上的重复数据删除。

　　最终的结果，在不细查之下似乎提供了类似的功能产品，其实大不相同。从表面上看，ReFS和ZFS似乎是竞争对手，但微软的第一代ReFS产品还很难与较为成熟的ZFS同场竞技。与Oracle发展超过12年的ZFS相比，ReFS尚需更多的努力，以保持Windows的竞争力。

　　ReFS存在一些重要限制，包括：

　　● 无法将既有的NTFS磁盘区直接转换为ReFS格式，只能在两种文件系统间以手动方式搬移与复制资料。

　　● ReFS不能作为启动分区，这意味着Server 2012系统，必须混合使用NTFS与ReFS两种文件系统，并以NTFS分区来启动。

　　● ReFS不适用于移动储存媒体(外接硬盘或USB随身盘)。

　　● ReFS本身并未含有重复数据删除功能，也无法与Server 2012新增的重复数据删除功能并用(Server 2012的重复数据删除功能，仅适用于NTFS文件系统磁盘区)。

　　● ReFS本身未内置可写入的快照功能，不过用户应可通过其他工具软件，直接从ReFS底层的Storage Space虚拟磁盘，来建立可写入的快照。

　　Copy-on-write式文件系统对比：ReFS vs. ZFS vs. Btrfs

　　(1) 等同于Copy-on-Wirte。

　　(2) 通过Windows Server 2012的文件与储存服务管理工具。

　　(3) RAID Z与Z2相当于RAID 5与6。

　　小编点评：从上面可以看到，相对于NTFS，ReFS提供了大量的改进。尽管相对于成熟的ZFS，ReFS还是有不少的局限性，但作为一款随着Windows Server 2012操作系统而来的创新产品，这已经难能可贵。期待微软在后续的版本中进行更多的改进，为数据存储的文件系统带来更好的体验和更多的选择。