RAID и ReFS в Windows: тесты производительности и сценарии применения

Введение

Хотите улучшить производительность и надёжность хранения на Windows? Две технологии, которые стоит рассмотреть, — это программные RAID-массивы и файловая система Microsoft ReFS (Resilient File System). Для базовой настройки требуется минимум два свободных диска. В этой статье мы переводим, расширяем и анализируем тесты производительности, делаем практические рекомендации и даём методики для развёртывания RAID1 с ReFS в Windows.

ALT: Фотография интерфейса Windows и файловой системы — визуальная метафора для RAID и ReFS

Что такое RAID и ReFS — кратко

• RAID — семейство методов организации нескольких физических дисков в один логический том для повышения производительности и/или надёжности. Основные варианты для пользователей: RAID0 (stripping), RAID1 (mirroring) и RAID5 (parity).
• ReFS — файловая система Microsoft, ориентированная на целостность данных: она использует контрольные суммы метаданных и, в комбинации с технологиями контроля целостности, снижает риск «битового рота».

Определения в одну строку:

• Битовый рот — постепенная порча данных на носителе, незаметная без проверки контрольных сумм.
• Очередь запросов (queue depth) — количество параллельных IO-запросов, характерно влияет на серверную нагрузку.

Как начать с RAID в Windows (пошагово)

Windows Storage Spaces делает создание программных RAID-пространств простым.

1. Введите «Storage Spaces» в поле поиска Windows и запустите приложение.

ALT: Окно поиска Windows с результатом «Storage Spaces»

2. Нажмите кнопку «Изменить параметры».

ALT: Интерфейс управления Storage Spaces с выделенной кнопкой изменения настроек

3. Создайте пул хранения: «Create a storage pool» и добавьте два физических диска. Помните: добавление или удаление диска уничтожит все данные на нём — сделайте резервные копии.

ALT: Диалог добавления дисков в пул хранения Windows Storage Spaces

4. Обратите внимание на два ключевых параметра: тип устойчивости (Resiliency type) и файловая система (File system). При двух дисках доступны: Two‑way mirror (RAID1) и Simple (RAID0). ReFS требует как минимум двух дисков и не доступна для простого тома (Simple).

ALT: Параметры создания пула хранения с выбором типа устойчивости и файловой системы

После создания раздела ему присваивается буква диска, и он функционирует как обычный логический диск: общий доступ по сети, кэш для редакторов, место установки программ и т. п.

Обзор типов программного RAID в Windows

• RAID0 — разбивает данные на блоки и распределяет их по дискам. Дает прирост производительности за счёт параллельных операций, но никакой избыточности нет: потеря одного диска ведёт к полной потере данных. ReFS для RAID0 не поддерживается в большинстве конфигураций Storage Spaces, поэтому обычно используется NTFS.

• RAID1 — зеркалирование: каждый блок данных записывается на оба диска. Дает надёжность (если один диск выходит из строя, данные сохраняются) и часто улучшает скорость чтения, поскольку чтения можно обслуживать с любого из зеркал.

• RAID5 — с контролем чётности, требует минимум трёх дисков. Мы не рассматриваем RAID5 подробно в этой статье, но он представляет компромисс: более эффективное использование ёмкости при сохранении уровня устойчивости.

Файловые системы: NTFS и ReFS

NTFS — классическая файловая система Windows с широким набором функций: безопасность, сжатие, квоты. ReFS появилась в Windows 8.1 и ориентирована на надёжность: контрольные суммы метаданных, поддержка больших томов и оптимизация для хранения. ReFS может замедлять операции записи, где требуется проверка целостности, но выигрывает в защите данных и в сценариях длительного хранения.

Описание тестового оборудования и методики

Кратко о методике, чтобы вы могли оценить применимость выводов:

• Тестовая платформа: SATA-док для двух SSD OCZ Onyx, Windows с Storage Spaces.
• Конфигурации: RAID1 (NTFS), RAID1 (ReFS), RAID0 (NTFS), одиночный диск (NTFS).
• Инструменты: AS SSD как основной синтетический бенчмарк; CrystalDiskMark для валидации; реальные тесты — HandBrake и 7‑Zip. Попытка сборки проекта в Android Studio дала сбой — результаты оказались аномальными и отложены для повторного тестирования.

Мини‑методология: синтетические тесты показывают низкоуровневые IO свойства, реальные приложения дают представление о практических эффектах. Всегда учитывайте: результаты зависят от конкретного железа, драйверов и набора тестов.

Важно:

• Не переносите выводы с одной платформы на другую без валидации.
• Программные RAID в Storage Spaces добавляют CPU‑нагрузку; на слабых CPU это может повлиять.

Результаты тестов и интерпретация

ALT: Фотография небольшой RAID‑сборки с двумя SSD в док‑станции

Ниже краткая интерпретация ключевых метрик. Графики в исходной статье демонстрируют относительные различия; здесь мы переводим их в практические рекомендации.

Случайные чтения и записи (4KB, малые очереди)

• В сценариях с небольшим количеством параллельных запросов (типично для повседневного использования, браузера, офисного ПО) программные RAID-массивы не дают преимуществ по сравнению с одиночным диском; иногда одиночный SSD оказывается чуть лучше. В исходных тестах одиночный диск был примерно на 9% быстрее по случайным чтениям.

• По случайным записям RAID0 даёт серьёзное преимущество и показал почти 50% прироста против зеркала и одиночного диска в синтетическом тесте. Это логично: RAID0 распределяет записи по обоим дискам, увеличивая пропускную способность записи.

ALT: График случайных чтений 4KB в сравнении массивов

ALT: График случайных записей 4KB с заметным преимуществом RAID0

Практическая рекомендация: для повседневного рабочего стола RAID не обязателен. Одиночный быстрый NVMe/SSD часто даст более предсказуемую отзывчивость.

Последовательные чтения и записи (копирование больших файлов)

• RAID1 сильно улучшает последовательные чтения по сравнению с одиночным диском и RAID0 — это полезно при копировании больших объёмов и стриминге.

• ReFS на RAID1 выполняет контроль целостности (checksums), поэтому по последовательным записям она небольшим образом уступает NTFS, но потеря производительности незначительна.

ALT: График последовательных чтений 4KB, где RAID1 показывает сильные результаты

ALT: График последовательных записей 4KB с небольшим отставанием RAID1‑ReFS

Практическая рекомендация: для копирования больших мультимедийных файлов RAID1 даёт преимущество по чтению и обеспечивает устойчивость данных.

Глубокая очередь (4KB, QD=64) — серверные нагрузки

• При глубоких очередях, характерных для серверных приложений и высоконагруженных рабочих станций, RAID0 показывает наибольшую пропускную способность для записей. RAID1 по чтению почти догоняет RAID0 и при этом остаётся надёжным вариантом.

ALT: График случайных чтений 4KB при глубокой очереди (QD=64)

ALT: График случайных записей 4KB при глубокой очереди с доминированием RAID0

Практическая рекомендация: для серверов с большим количеством параллельных IO RAID0 или аппаратные RAID-контроллеры с кэшем оказываются лучше. Для баланса производительности и надёжности RAID1 остаётся отличным выбором.

Реальные приложения: HandBrake и 7‑Zip

• В реальных тестах производительность всех массивов была близка: RAID0 давал лишь 2–3% преимущества при кодировании и распаковке. Для архивации большой папки фотографии все массивы уступили одиночному диску; разница между одиночным диском и RAID1‑ReFS была около 7%.

ALT: Скриншот результата 7‑Zip для сравнения реальной производительности массивов

Комментарий по аномалии: Сборка проекта в Android Studio дала результаты, противоречащие остальным тестам — в одних запусках RAID1‑ReFS работал почти вдвое быстрее. Автор отложил эти результаты до повторного тестирования и подозревает проблему в окружении сборки.

Когда RAID и ReFS работают лучше, а когда — хуже

Сценарии, где RAID1+ReFS подходит особенно хорошо:

• Сетевые хранилища (NAS), где важна целостность данных и длительное хранение.
• Диски для установки программ, где преимущество быстрых чтений и восстановление при сбое важнее максимальной доступной ёмкости.
• Scratch/кэш для видеомонтажа в случаях, когда допустима маленькая потеря при проверке целостности.

Сценарии, где RAID не нужен или вреден:

• Повседневный рабочий стол и браузер, особенно если у вас скоростной NVMe — одиночный SSD лучше с точки зрения отзывчивости.
• Любые критичные к задержкам приложения на слабых CPU: программный RAID добавляет накладные расходы.

Контрпример: RAID0 полезен, если вам нужна максимальная пропускная способность записи при работе с большими последовательными потоками и вы готовы регулярно бэкапить данные.

Практическое руководство: SOP для создания RAID1 с ReFS

Шаги для безопасного развёртывания:

1. Сделайте резервную копию всех данных с дисков, которые будете использовать.
2. Подключите два идентичных или схожих по ёмкости диска.
3. Откройте Storage Spaces → Create a storage pool.
4. Выберите Two‑way mirror и укажите ReFS как файловую систему.
5. Создайте пул, присвойте букву тома, выполните форматирование.
6. Проверьте том командой chkdsk и средствами управления дисками.
7. Настройте регулярное резервное копирование и мониторинг SMART для дисков.

Критерии приёмки

• Том успешно монтируется и доступен по сети.
• ReFS видит контрольные суммы метаданных (проверить логи событий Windows для сообщений о корректировке ошибок).
• При имитации отказа одного диска данные остаются доступными, а система сообщает о неисправности тома.

Инцидентный рукопись — восстановление при отказе диска

1. Обнаружение: Windows уведомляет о потере одного диска в пуле.
2. Предварительная оценка: проверьте SMART и логи событий.
3. Временно оставьте систему в рабочем состоянии (RAID1 продолжит работать с одним диском).
4. Замените физический диск на новый или отформатированный здоровый диск.
5. Восстановление пула: в Storage Spaces — добавьте новый диск и выполните реконструкцию зеркала.
6. После восстановления проверьте целостность файлов и выполните тесты чтения/записи.

Важно: во время реконструкции производительность может быть снижена.

Сравнительная матрица (качество vs производительность)

Примечание: таблица даёт качественную оценку, основанную на описанных тестах и типичных сценариях.

Руководство по выбору: дерево решений

flowchart TD
  A[Нужна ли вам избыточность данных?] -->|Да| B{Сколько дисков доступно?}
  A -->|Нет| C[Используйте одиночный быстрый SSD или RAID0]
  B -->|2| D[Рассмотрите RAID1 с ReFS]
  B -->|>=3| E[Рассмотрите RAID5/RAID6 или Storage Spaces с паритетом]
  D --> F{Требуется высокая скорость записи?}
  F -->|Да| G[RAID0, но с внешним бэкапом]
  F -->|Нет| H[RAID1 'ReFS' — оптимальный выбор]

Рекомендации для ролей

• Домашний пользователь: если важна отзывчивость — быстрый одиночный NVMe; если важна сохранность семейных фото — RAID1+ReFS в сочетании с регулярным бэкапом.
• Видео‑ и фото‑редактор: scratch на быстром NVMe; архивы проектов и сырьё — RAID1+ReFS для надежности и защиты от битовой порчи.
• Системный администратор: для NAS — ReFS в сочетании с пулом и резервным копированием; для серверов с высокой нагрузкой рассмотрите аппаратный RAID и SSD с высокой IOPS.

Безопасность и конфиденциальность

• ReFS повышает целостность данных, но не заменяет шифрование. Для защиты данных в покое используйте BitLocker или файловое шифрование на уровне тома.
• При совместном использовании по сети убедитесь, что права доступа и шифрование канала (SMB3 с шифрованием) настроены корректно.
• Если вы храните персональные данные граждан ЕС, соблюдайте принципы минимизации данных и обеспечения прав субъектов данных в соответствии с GDPR.

Ограничения и случаи отказа

• ReFS не поддерживает некоторые старые возможности NTFS, например, дедупликацию в некоторых редакциях Windows или некоторые типы файловых атрибутов; перед миграцией проверьте совместимость приложений.
• Storage Spaces — программное решение; при использовании на ноутбуках или слабом CPU возможна деградация производительности.
• ReFS в разных версиях Windows имеет отличия функциональности; перед вводом в производство проверьте поддержку в вашей версии ОС.

Миграция и совместимость

• Процесс миграции на ReFS обычно требует форматирования и копирования данных: создайте новый ReFS‑том и скопируйте данные с сохранением метаданных.
• Перед миграцией протестируйте критичные приложения и сценарии запуска, чтобы убедиться в полном функциональном соответствии.

Короткая методика тестирования у себя

1. Соберите целевую конфигурацию хоста и дисков.
2. Проведите синтетические тесты: AS SSD и CrystalDiskMark (для сравнения).
3. Проведите реальные тесты с приложениями, которые вы реально используете (архивация, кодирование, сборка).
4. Повторите тесты при реконструкции пула и при нагрузке CPU.
5. Документируйте результаты и принимайте решение на основе практических метрик.

Факто‑бокс

• Минимальное требование для RAID1+ReFS — два диска.
• ReFS появилась в Windows 8.1 и далее эволюционировала в новых релизах.
• RAID0 даёт преимущество по записи и пропускной способности, но потеря одного диска приводит к потере данных.

Заключение

RAID1 в сочетании с ReFS в Windows — это практичный выбор для тех, кто хочет повысить надёжность данных с минимальной потерей производительности. ReFS добавляет защиту от битовой порчи и идеально подходит для сетевых хранилищ, хранилищ программ и архивов. RAID0 остаётся вариантом для тех, кто намеренно жертвует надёжностью ради скорости в специфичных нагрузках. Всегда проверяйте совместимость приложений, тестируйте в вашей среде и держите надёжные резервные копии.

Важно: перед переводом в продакшен прогоните полные тесты в вашем окружении и оформите процедуру восстановления дисков.

Были ли у вас эксперименты с ReFS или RAID в Windows? Какие выводы вы сделали?