NTFS 対 ReFS：どちらを選ぶべきか？
Hyper-V 環境は、信頼性の高いストレージが整備されていなければ正常に機能しません。これは、ストレージが仮想マシン(VM)のパフォーマンスに大きな影響を与えるためです。その理由は、ストレージの主な目的が、利用可能なデータを適切な形式で保存・保持することにあるからです。 Microsoft Hyper-V では、さまざまな点で異なる複数のストレージオプションが用意されています。
しかし、ファイルシステムがなければ、ストレージに保存されたデータの保存、管理、およびアクセスは不可能です。このブログ記事では、Hyper-V Resilient File System (ReFS) と New Technology File System (NTFS) の機能、および両者の違いについて解説します。
NTFSとは何ですか？
NTFSは、以前のバージョンのWindowsでデフォルトで利用可能なMicrosoftのファイルシステムです。 Windows および Windows Server. NTFS ファイルシステムは、ディスク上のファイルを管理し、ディスク障害を防ぐためのさまざまな機能を提供しています。これには、セキュリティアクセス制御 (ACL)、ディスク使用率の管理、強化されたメタデータ、ファイルシステムのジャーナリング、暗号化、スパースファイル、およびディスククォータなどが含まれます。さらに、Hyper-V ロールと組み合わせてクラスター共有ボリュームを使用することで、フェールオーバークラスター内の複数のノードから、NTFS ボリュームを含む共有ディスクにアクセスできるようになります。
ReFSとは何ですか？
ReFS(別名:Protogon)は、マイクロソフトが開発し、Windows Server 2012で導入されたファイルシステムです。ReFSの開発コンセプトは、より大容量のデータを安全に保存できる高度なファイルシステムを構築することでした。この目的のために、組み込みの耐障害性、自動整合性チェック、データスクラビング、およびデータ劣化の防止といった機能が導入されました。
さらに、ReFSファイルシステムは、データのミラーリングやストライピング、およびストレージプールの共有に使用されるストレージ仮想化レイヤーである"Storage Spaces"とシームレスに統合できます。これにより、ReFSはディスク内の破損ファイルを検出し、自動的に修復することができます。ReFSの背後にある考え方は、データ破損に対して耐性があり、大規模な環境向けにオンデマンドのスケーラビリティを提供するファイルシステムを構築することでした。
ReFSと NTFS 機能比較
ご覧の通り、どちらのシステムも、ストレージの保護、パフォーマンスの向上、データの整合性の確保という点で、それぞれ異なるさまざまな機能を備えています。次のセクションでは、各システムがどのような機能を備えているかについて解説します。
ファイルシステム 信頼性
ReFSとNTFSを比較する場合、信頼性について触れる必要があります。システム障害が発生した場合、NTFSはチェックポイントとログファイルを使用して、システムを以前の状態に復元します。不良セクタエラーが検出されると、NTFSは破損したクラスタを不良としてマークし、それを破棄した上で、データ保存用に新しいクラスタを割り当てます。NTFSの自己修復機能により、ボリュームをオフラインにすることなく、ファイルシステム全体を保護することが可能です。 NTFSは定期的にシステムをスキャンし、一時的な破損の問題を検出して修正します。また、NTFSはジャーナリングファイルシステムを採用しているため高い信頼性を提供します。つまり、このファイルシステムはディスク上のすべての変更を追跡するため、システムクラッシュやデータ移行の失敗が発生した場合でも、インフラを迅速に以前の状態にロールバックすることが可能です。
一方、ReFSもデータストレージの信頼性を確保する多くの機能を備えています。前述の通り、ReFSはStorage Spacesと統合可能であり、これによりボリュームのダウンタイムを発生させることなく、システム内で自動修復プロセスを実行できます。 さらに、ReFSはコピーオンライト(Copy-on-Write)技術を採用しています。これは、ファイルへの変更がディスク上の新たに割り当てられたブロックに書き込まれることを意味します。ReFSのすべてのメタデータおよびファイルデータにはチェックサムが付与されており、これによりデータ破損エラーを検出し、システムのデータ整合性を維持することができます。データスクラビング機能により、ReFSは定期的に環境をスキャンして対応するチェックサムを検証し、破損箇所を特定して、損傷したデータを修復することができます。
ReFSとNTFSのパフォーマンス比較
NTFSとReFSには、ファイルシステムのパフォーマンスを大幅に向上させる独自の機能があります。
Windows Server 2008では、トランザクション型NTFSが導入され、トランザクションを通じてシステムパフォーマンスを監視できるようになりました。この場合、ファイル操作はアトミックなトランザクションを通じて実行されるため、システム内のファイルに対して複数の変更を適用するようにトランザクションを設定することができます。 トランザクションは、すべての操作が成功するか、あるいはすべて失敗するように設定されます。システム障害が発生した場合、適用済みの変更はディスクに書き込まれ、未完了のトランザクション処理はロールバックされます。したがって、トランザクションを使用することで、中断やエラーなしに操作を実行し、進捗状況を保存することができます。
パフォーマンス向上につながるその他のオプションには、ディスククォータ、ファイル圧縮、およびサイズ変更があります。ディスククォータを使用すると、管理者はユーザーに割り当てるディスク容量を指定し、制限を超過したかどうかを確認できます。さらに、NTFSは圧縮アルゴリズムを使用してシステムファイルを圧縮できるため、ストレージ容量を増加させることができます。サイズ変更機能を使用すると、システム内の未割り当てディスク領域を利用して、NTFSボリュームのサイズを拡大または縮小できます。
前述の通り、ReFSはWindows Storage Spacesと統合可能であり、これによりリアルタイムのティア最適化が可能になります。ReFSのボリュームは、パフォーマンス・ティアとキャパシティ・ティアという2つのセクターに分割されます。各ティアには独自のドライブと耐障害性が割り当てられ、高度な最適化が保証されます。 書き込み操作はパフォーマンス層で実行され、パフォーマンス層に保存された大容量のデータチャンクはリアルタイムで容量層へ転送されます。
以下の機能は、Hyper-V VMのパフォーマンスを向上させるために特別に導入されました。スパースVDL(Valid Data Length)機能により、ReFSはファイルを迅速にゼロ化できるため、仮想ハードディスク(VHD)ファイルを数秒で作成することが可能です。 もう 1 つの機能はブロッククローンであり、VM のクローン作成やチェックポイントのマージ操作など、動的なワークロードを扱う際に適用されます。この場合、ブロッククローンはファイルデータではなくメタデータに基づいて実行されます。これにより、コピー操作のパフォーマンスが向上し、ディスクのオーバーヘッドが軽減されます。
拡張性
ReFSとNTFSのスケーラビリティを比較すると、前者は極めて大規模なデータボリュームに対応可能です。NTFSの理論上の最大容量は16エクサバイトであるのに対し、ReFSは262,144エクサバイトです。したがって、ReFSはNTFSよりも容易に拡張可能であり、効率的なストレージパフォーマンスを保証します。
また、NTFSとReFSのファイル名の最大長は255文字、パス名の最大長は32,768文字である点も注目に値します。ただし、ReFSはデフォルトでより長いファイル名やファイルパスをサポートしています。一方、NTFSでは、短い文字数の制限を手動で無効にする必要があります。
機能比較
NTFSはReFSの前身であるため、ReFSはその機能の大部分をNTFSから継承しています。以下の表は、これら2つのファイルシステムの機能の違いや、どちらがより充実したツールセットを備えているかを示しています。
| 特集 | NTFS | ReFS |
| BitLocker 暗号化 | + | + |
| データの重複排除 | + | + |
| クラスタ共有ボリューム(CSV)のサポート | + | + |
| シンボリックリンク | + | + |
| フェイルオーバー・クラスタのサポート | + | + |
| アクセス制御リスト | + | + |
| 米海軍ジャーナル | + | + |
| 変更のお知らせ | + | + |
| 接続点 | + | + |
| マウントポイント | + | + |
| 再解析ポイント | + | + |
| 名前付きストリーム | + | + |
| ボリュームのスナップショット | + | + |
| ファイルID | + | + |
| オプロックス | + | + |
| スパースファイル | + | + |
| シンプロビジョニング | + (ストレージ スペースのみ) | + |
| トリム／アンマップ | + (ストレージ スペースのみ) | + |
| ブロックの複製 | + | |
| 疎なVDL | + | |
| ミラー加速パリティ | + | |
| オフロードデータ転送(ODX) | + | |
| ファイルシステムの圧縮 | + | |
| ファイルシステムの暗号化 | + | |
| 取引 | + | |
| ハードリンク | + | |
| オブジェクトID | + | |
| 略称 | + | |
| 拡張属性 | + | |
| ディスク使用量の上限 | + | |
| 起動可能 | + | |
| ページファイルのサポート | + | |
| リムーバブルメディアに対応 | + |
ReFSがまだNTFSに取って代われない理由
上の表からもわかるように、ReFSとNTFSのどちらを選ぶべきかという問題は依然として重要な課題です。なぜなら、NTFSと比較して、ReFSの機能は依然として非常に限定的だからです。データ圧縮、暗号化、トランザクション、ハードリンク、ディスククォータ、拡張属性といったNTFSの重要な機能は、ReFSには搭載されていません。また、NTFSとは異なり、ReFSではReFSボリュームからWindowsを起動することができないという点も制限の一つです。
その機能の限定性は、データ破損からの保護を確保し、ファイルシステムの拡張性を高めるという、ReFSが構築された目的によって説明できます。しかし、ReFSはパフォーマンスを向上させる数多くの機能を備えているため、効率の低いファイルシステムとして一蹴することはできません。 例えば、ReFSにはNTFSで使用されるファイルシステムレベルの暗号化を可能にする"暗号化ファイルシステム(EFS)"機能が含まれていません。その代わり、ReFSにはディスク全体の暗号化を提供するBitLocker暗号化機能が備わっています。
したがって、ReFSとNTFSのどちらを選択するかは、主にそのファイルシステムが使用される具体的な用途によって決まります。 現在、機密性の低いデータを保存する場合や、システム内のファイルをきめ細かく制御したい場合には、NTFSの方が適しています。一方、ReFSは、大規模な環境でデータを管理する必要があり、ファイルの破損が発生した場合でもデータの整合性を確保したいユーザーにとって魅力的な選択肢となります。
ストレージの最適化 主な機能 NAKIVO Backup & Replication
仮想環境の保護に関しては、サードパーティ製のデータ保護ソフトウェアを導入することが最善の解決策です。これにより、予期せぬ災害が発生した場合でも、ビジネスを常に稼働させ、顧客へのサービス提供体制を維持することができます。 NAKIVO Backup & Replication 信頼性が高くコスト効率に優れたデータ保護ソリューションであり、数多くのメリットに加え、ストレージ容量を最も効率的に活用することも可能です。ストレージの最適化を実現するには、 NAKIVO Backup & Replication 以下に説明する数々の高度な機能が含まれています。
スワップファイルおよびスワップパーティションの除外
Windows OSのスワップファイルやLinux OSのスワップパーティションは、追加の仮想メモリを提供するために使用され、基本的には物理RAMの拡張として機能します。スワップファイルやパーティションは、物理メモリをシミュレートすることで、コンピュータの物理メモリ容量を増やすのに役立ちます。しかし、スワップファイルは時間の経過とともに肥大化する傾向があり、最終的にはバックアップやレプリケーションジョブのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。ストレージの容量不足という問題を回避するには、 NAKIVO Backup & Replication スワップファイルやスワップパーティションをVMのバックアップやレプリカから自動的に除外できます。これにより、ストレージ容量を削減し、バックアップやレプリケーションジョブの処理速度を向上させることができます。
重複排除 そして 圧縮
NAKIVO Backup & Replication 重複排除および圧縮技術を活用し、バックアップによるストレージ容量の使用効率を最適化します。重複排除により、VMバックアップから重複するデータブロックのすべてのコピーが確実に削除されます。これにより、バックアップリポジトリには一意のデータブロックのみが保存されます。さらに、 NAKIVO Backup & Replication 各データブロックを圧縮できるため、データサイズを削減できます。重複排除とデータ圧縮はどちらもデフォルトで有効になっており、自動的に実行されます。
増分ジョブ
のバックアップおよびレプリケーションジョブ NAKIVO Backup & Replication これらは増分処理であり、最初のフルバックアップまたはレプリケーションジョブの実行後、その後のすべてのジョブ実行では変更されたデータブロックのみが転送されます。この目的のために、 VMwareの変更ブロック追跡 (CBT) または Hyper-V レジリエント変更追跡 (RCT) を使用することで、前回のバックアップまたはレプリケーション以降に変更されたデータを特定できます。増分ジョブを実行することで、バックアップおよびレプリケーションジョブにかかる時間を短縮し、ネットワーク負荷を軽減できます。
完全合成データストレージ
NAKIVO Backup & Replication VMのバックアップの作成と保存に合成アプローチを採用しています。合成モードを採用しているため、本製品はVM内の変更されたデータブロックを特定し、それらをバックアップリポジトリに送信することができます。バックアップジョブの実行終了時、 NAKIVO Backup & Replication リカバリポイントを作成できます。これは、特定の時点でのVMを復元するために必要な特定のデータブロックを特定するための基準として使用されます。合成バックアップにより、バックアップの高速かつ安全な実行、データストレージ領域の効率的な活用、そして特定の時点でのVMの迅速な復元が可能になります。
重複排除アプライアンスのサポート
データ重複排除アプライアンスは、重複するデータのコピーを排除する特殊なハードウェアです。 NAKIVO Backup & Replication NEC HYDRAstor、Data Domain、Quantum DXi、HP StoreOnceなど、さまざまな重複排除アプライアンスに対応しています。これらの重複排除アプライアンスはいずれも、プライマリまたはセカンダリのバックアップ先として使用できます。増分データブロックのみを保存する"フォーエバー・インクリメンタル・バックアップ"とは異なり、この新しいバックアップリポジトリタイプでは、定期的なフルバックアップと、それらのフルバックアップ間で追跡された増分バックアップファイルを含むVMバックアップチェーンが保存されます。
重複排除アプライアンスのサポートにより、従来のバックアップリポジトリと比較して、VMのバックアップ速度を53倍高速化できます。さらに、重複排除アプライアンスを導入することで、ストレージ容量とバックアップ操作の管理がより容易になります。
結論
Microsoft Hyper-V は、機能の向上に絶えず取り組んでいる効率的な仮想化ソフトウェアです。データストレージの要件が時代とともに劇的に変化したことを受け、NTFS に存在する課題を克服できるファイルシステムとして、最先端の ReFS が導入されました。
NTFS と比較して、ReFS の主な目的は、データ破損に対するシステムの耐性を高め、高いスケーラビリティを確保することにあります。 しかし、ReFSはまだ比較的新しいファイルシステムであり、その機能はNTFSほど十分に開発されていません。したがって、これら2つの選択肢から選ぶ際には、事業規模、仮想環境の要件、およびデータの機密性を考慮してください。
仮想環境を確実に保護するために、インストールしてください NAKIVO Backup & Replication これには、VMのバックアップおよびレプリケーションジョブを改善し、DR戦略を最適化するための一連の高度な機能が含まれています。 NAKIVO Backup & Replicationこれにより、時間と費用を節約できるだけでなく、必要な保管スペースも削減できます。
