ReFS: Neues Dateisystem für Windows 8 und Server 2012

Microsoft bringt mit Windows 8 unter der Bezeichnung Resilient File System (ReFS) ein weiteres Dateisystem, das sich vor allem durch seine Widerstandsfähigkeit und seine Eignung für sehr große Volumes auszeichnen soll. Während es die Daten auf dem Speichermedien anders organisiert als NTFS, bietet es gegenüber Anwendungen jedoch die gleichen Schnittstellen. In der ersten Version fehlen ihm jedoch einige wesentliche Features des etablierten NTFS.

Mit ReFS reagiert Microsoft auf neue Entwicklungen bei Storage-Systemen, allen voran auf die ständig zunehmende Kapazität der Datenträger und ihre Zusammenfassung zu virtuellen Speichersystemen. Die Masse der auf einem Volume abgelegten Daten erlaubt es immer weniger, die Integrität des Dateisystems offline mit Tools wie chkdsk zu prüfen, weil dies zu langen Unterbrechungen bei der Verfügbarkeit führen würde. Das Zusammenspannen von mehreren Laufwerken zu Storage-Pools verlangt darüber hinaus ein File-System, das die Fehlerbeseitigung bei Daten hilft, die über mehrere Datenträger verteilt sind.

Transaktionsbasiertes Dateisystem

Die höhere Widerstandfähigkeit gegen Fehler und Defekte erreicht ReFS durch eine neue Store Engine, die ein transaktionsbasiertes Modell für Metadaten und Content implementiert. Beim Speichern von Verwaltungsinformationen nutzt es wie ZFS ein Copy on Write, das Änderungen nicht über die bestehenden Einträge schreibt, sondern diese erst in einem freien Bereich ablegt und dann den Nutzdaten zuordnet.

Dieses Verfahren gewährleistet, dass bei einer Unterbrechung des Schreibvorgangs wieder ein konsistenter Zustand hergestellt werden kann. Die Integrität der Metadaten überwacht ReFS anhand von Prüfsummen (Checksums)

Diese Mechanismen zur Erhöhung der Robustheit des Dateisystems bietet ReFS unter der Bezeichnung Integrity Streams auch für die User-Daten. Standardmäßig ist dieses Feature jedoch deaktiviert. Schaltet man es an, beispielsweise durch einen neuen Schalter /i des format-Befehls, dann schreibt es Änderungen nicht über vorhandene Daten, sondern wie bei den Verwaltungsinformationen in einen freien Bereich, um Unterbrechungen besser wiederstehen zu können. Darüber hinaus führt das Dateisystem auch für die User-Daten Prüfsummen.

Integrity Streams unterstützen Storage Spaces

Integrity Streams sind besonders für den Einsatz auf Storage Spaces gedacht. Sie sind eines von mehreren neuen Storage-Features in Windows 8. Es handelt sich dabei um Volumes, die einen beliebigen Anteil von Disk Pools belegen und dabei Daten redundant auf mehreren Medien vorhalten können (Mirroring). Stimmt eine Kopie nicht mehr mit der Prüfsumme überein, dann können Spaces auf Basis von ReFS diese Fehler automatisch korrigieren.

Bei Auftreten größerer Inkonsistenzen, etwa als Folge von Hardware-Defekten, kann ReFS betroffene Bereiche mit einer Salvage-Funktion isolieren und entfernen, während die übrigen Daten online und verfügbar bleiben. Während die meisten herkömmlichen Dateisysteme an beschädigten Files scheitern, kann der Administrator diese unter ReFS von einem Backup wiederherstellen oder die betroffene Applikation die Datei neu schreiben.

Zwang zur Abwärtskompatibilität

Wenn Microsoft ein neues Dateisystem für Windows einführt, dann gelten dafür hohe Anforderungen - dies allein schon deswegen, weil das Betriebssystem auf hunderten Millionen von PCs in unzähligen verschiedenen Konfigurationen installiert wird. Bei Windows 8 kommt hinzu, dass es zusätzlich für weitere Gerätetypen wie Tablets vorgesehen ist und somit ein Spektrum von relativ leistungsschwachen mobilen Rechnern bis zum Server-Cluster abdecken soll.

Die enorme installierte Basis zwingt Microsoft gleichzeitig, bei allen Neuerungen Rücksicht auf bestehende Anwendungen zu nehmen und nach Möglichkeit mit vorhandenen Features kompatibel zu sein. Das gilt auch für ReFS, das zwar die Daten auf dem Speichermedium anders verwaltet als NTFS, aber sich gegenüber Anwendungen so präsentieren soll wie das altgediente Dateisystem. Aus diesem Grund ist ReFS keine völlige Neuentwicklung, sondern sattelt das vorhandene File System Interface von NTFS (u.a. Funktionen für das Öffnen, Lesen, Schreiben und Schließen von Dateien) auf die neue Store Engine.

Probleme mit Datenbanken und Backup-Programmen

Trotzdem kann ReFS Probleme bei Anwendungen verursachen, die eine bestimmte Anordnung der Dateien auf der Platte erwarten oder die auf Blockebene operieren. Dazu zählen etwa Datenbanken, Antiviren- oder Backup-Software. Datenbanken stören sich besonders an der Eigenart von Integrity Streams, Blöcke bei jedem Schreibzugang neu zuzuweisen. Daher sollte dieses Feature für Datenbanken deaktiviert bleiben.

Nicht geeignet ist ReFS zudem für Altanwendungen, die noch kurze 8.3-Dateinamen benötigen, weil es diese im Gegensatz zu NTFS nicht mehr unterstützt. Letzteres bietet aber die Option, dieses alte Schema zu entfernen.

Defizite der Version 1.0

Die für Windows 8 angekündigte Version von ReFS ist nicht bloß eine robustere Variante von NTFS, sondern gleichzeitig die Version 1.0 eines weiteren Dateisystems. Daher empfiehlt Microsoft ausreichende Tests vor dem produktiven Einsatz und rät zu einem konservativen Ansatz bei der Nutzung von ReFS.

Doch nicht nur der Mangel an praktischer Bewährung wird der Akzeptanz von ReFS abträglich sein, sondern vor allem das Fehlen von Features, die NTFS im Lauf der Jahre erhalten hat. Zu den auffälligsten Defiziten zählt die fehlende Unterstützung für das Encrypting File System (EFS), für Kompression und Disk-Quotas. Außerdem kann Windows 8 nicht von ReFS-Datenträgern booten. Nicht vorgesehen ist zudem die Konvertierung von NTFS-Volumes zu ReFS oder auch der umgekehrte Weg.

ReFS vorerst nur für File-Server

Aus diesen Gründen positioniert Microsoft das Resilient File System vorerst nur für File-Server, vor allem in Zusammenarbeit mit Storage Spaces. Im Lauf seiner Evolution soll das neue Dateisystem dann auch für den Client verfügbar werden.

Während ReFS nur mit einer Basisausstattung an den Start geht, erhält NTFS in Windows 8 weitere Neuerungen, die den Bedarf an dem neuen Dateisystem reduzieren. Dazu zählt vor allem, dass chkdsk zukünftig in der Lage sein wird, NTFS-Volumes online und daher unterbrechungsfrei zu prüfen.