ReFSファイルシステムの構造とデータ復旧アルゴリズム

「ReFS」（Resilient File System）は、「NTFS」の代わりに作成されたMicrosoftの新しいファイルシステムです。これにはいくつかの確かな利点があります。つまり、開発者はすべてのNTFSバグを修正しました。情報の破損からはるかに保護され、負荷の増加に耐えることができ、拡張もはるかに簡単です。

「ReFS」の特徴

チェックサムはデフォルトでメタデータに使用されるようになり、個々のファイルのデータにも適用されます。そのため、読み取り/書き込みの過程で、検証は「オンザフライ」で実行されます。ファイルシステムがファイルの破損を検出すると、コンピュータを再起動せずにエントリを即座に削除します。つまり、「ReFS」は、エラーが発生したときに自動的に修正するようになりました。



「ReFS」は、古いFSと比較して、情報の保存の信頼性が高くなっています。 B +ツリーは、ファイルとメタデータを格納するために使用されます。サイズ、パーティションおよびファイルの数は、最大64ビット値に制限されるようになりました。空白は、チャンクサイズ（小、中、大）ごとに分類された3つの異なるテーブルに格納されます。ファイル名とパスは「Unicode」で記述されます。32キロバイトを超えてはなりません。つまり、ファイル名は3万文字で指定できます。



停電保護。新しいファイル名（または他のメタデータ）を書き込んでいて、電気が切れて、それらを保存する時間がなかったとしましょう。「NTFS」では、メタデータを直接変更するため、ファイルが破損します。ただし、「ReFS」はメタデータのコピーを作成するだけで、「コピーオンライト」機能の特徴である保存が行われるまでメインのメタデータを変更しません。



ストレージスペースは、メディア仮想化機能です。これにより、1台のPC上の複数の物理ディスクまたはローカルネットワーク上の複数の物理ディスクから単一のスペースを作成できます。「ミラーリング」をRAIDアレイとして構成することもできます。

NTFSとの違い

ReFSは元々、大量のパーティション、ファイル、ディレクトリ、およびそれらの名前をサポートするように設計されていました。新しいFSには、最大262エクサバイトの情報と、「NTFS」（わずか16エクサバイト）を含めることができます。



また、暗号化、圧縮、重複排除、ディスククォータ、ハードリンク、および拡張属性もありません。それらのいくつかは新しいものに置き換えられました。たとえば、「ReFS」はBitLocker暗号化を完全にサポートしています。



現在、「ReFS」ファイルシステムでは、ディスクプール（ストレージスペース）のみをフォーマットできます。この場合、新しいFSがすべての栄光を示します。ただし、Windows 10では、通常のメディアを「ReFS」にフォーマットすることはできません。開発者は、特にサーバー向けの「ReFS」の重要性を強調しています。これは、サーバーOSまたは「LTSC」バージョンで利用できます。



Windows Server 2016では、通常のボリュームを「ReFS」にフォーマットできますが、ブートセクターは「NTFS」パーティションにある必要があるため、ブートディスクのフォーマットはできません。

ファイルシステムアーキテクチャ

ReFSの構造は、他のすべてのWindowsファイルシステムとは大きく異なります。主な構成要素はB +ツリーです。それらはシングルレベル（葉のように）とマルチレベル（木のように）です。これにより、FS構造に含まれる各要素に適切なスケーリングが提供されます。このスキームは、各要素の64ビットアドレス指定と同様に、それ以上の増加で問題を起こすことを不可能にします。







B +ツリーのルートレコードとして、残りのレコードはメタデータブロックに対して同じサイズ（16 kb）を持ちます。サイズ60バイト-中間（アドレス）ノードに割り当てられます。したがって、大規模なストレージ構造を適切に記述するために必要な層の数は少なくなります。これにより、FSのパフォーマンスを他の製品と比較して向上させることができました。

ReFSファイルシステムの構造

「ReFS」は、セクションの先頭にある特定の署名で識別できます







。0x4000バイト-すべてのReFSページの長さ。







最初のページ番号は0x1e、つまり、ブートパーティションの直後の0x78000バイトです。これは、固定オフセットの後に最初のメタデータを検索するようにアドバイスする標準のMicrosoftマッピングです。

削除されたデータ検索アルゴリズム

データ復旧ユーティリティは、署名ベースの分析アルゴリズムを使用して、「ReFS」フォーマットのディスク領域のフルスキャンを実行します。ディスクをブロックごとにチェックすることにより、準備ができたデータシーケンスを見つけ、それらを識別し、結果を出力します。 「ReFS」と「NTFS」のディスクを操作するためのAPIは同じであるため、データ復旧プロセスは非常に似ています。



最初に、「ボリュームヘッダー」が決定されます。これには、クラスターごとのセクター数とセクターの量が含まれます。メインバージョンはゼロセクターにあり、コピーは最後のセクターにあります。次に、「スーパーブロック」を読み取り、30番目のブロックに配置し、最後の2番目と3番目のブロックにも2つのコピーがあります。そこから、「チェックポイント」へのリンクとそのコピーが抽出され、最新の現在のバージョンは「仮想割り当てクロック」によって決定されます。



チェックポイントにはメインテーブルに関する情報が含まれ、次にヘッダー「ページヘッダー」とテーブルの完全なリストへのポインター（ポインター）を持つブロックが読み取られます。次に、「コンテナテーブル」を検索して仮想アドレスから物理アドレスを取得し、「オブジェクトIDテーブル」で検索を実行します。すべてのテーブルが見つかります。



ユーティリティはレベル0（つまり、bツリーシート）に下がり、ファイルデータを読み取ります。検索はページごとに実行されるため、失敗した場合、これらの要素は分析から除外され、スキャンプロセス自体がさらに進行します。したがって、データ復旧ユーティリティは、ディスクから「取得」できるすべての情報を見つけます。



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