Тестирование новой архитектуры работы с NVMe в Windows Server 2025

15 декабря 2025 года Microsoft объявила о внедрении в Windows Server 2025 прямой поддержки NVMe на уровне архитектуры хранения. На первый взгляд такая новость может показаться запоздалой: NVMe-накопители давно стали стандартом для серверов, рабочих станций и пользовательских ПК, а базовая совместимость с ними в Windows существует уже много лет.

Однако в данном случае речь идет не просто о поддержке NVMe как формата накопителей. За этим обновлением стоят более глубокие изменения в подсистеме хранения, и именно они делают анонс действительно важным.

Что изменилось в работе NVMe в Windows Server 2025

В прежних клиентских и серверных версиях Windows команды чтения и записи, независимо от того, какой протокол использовало само устройство, на уровне подсистемы хранения приводились к SCSI-командам. Стандарт SCSI появился еще в начале 1980-х годов и изначально создавался для подключения периферии и накопителей к компьютерам. Позже именно он лег в основу целого ряда современных протоколов хранения данных - от сетевых, таких как iSCSI и Fibre Channel, до локальных интерфейсов вроде SAS и USB Attached SCSI.

Прежняя схема

Такой подход позволял Microsoft унифицировать обработку команд на верхних уровнях операционной системы. Но за эту унификацию приходилось платить: часть преимуществ современных архитектур хранения по масштабируемости и производительности терялась.

Схема работы выглядела так:

• операции чтения и записи формировались на верхнем уровне подсистемы хранения, на уровне файловой системы

• затем команды передавались драйверу Disk.sys

• Disk.sys преобразовывал универсальные команды хранения в SCSI-команды

• Storport принимал их и направлял нужному минипорту, например StorAHCI.sys для SATA-накопителей

• далее минипорт уже взаимодействовал с устройством и повторно переводил команды в формат, понятный конкретному типу накопителя

Вместе с этим в стек хранения Windows сохранялись и другие SCSI-подходы, например LUN для идентификации логических областей хранения, хотя у NVMe давно существуют собственные механизмы, такие как пространства имен (Hands, Worley, & Lakhveer Kaur и т.д.).

Новая схема

В Windows Server 2025 Microsoft внедрила обновленную архитектуру хранения: в Storport появились новые механизмы работы, а Disk.sys в этом сценарии заменяется на NVMeDisk.sys. В результате формируется более масштабируемая и производительная модель работы с накопителями. 

Теперь логика выглядит так:

• операции чтения и записи по-прежнему формируются на уровне файловой системы

• далее команды передаются из NVMeDisk.sys напрямую в новый код StorMQ внутри Storport

• StorMQ формирует команды уже в формате NVMe, либо другого нужного типа хранения, и направляет их непосредственно оборудованию

Иллюстрация из выступления Scott Lee на SNIA Developer Conference, 16 сентября 2025 года

На SNIA Developer Conference 16 сентября 2025 года Microsoft сообщил, что уже ведет совместную работу с производителями над новыми драйверами для таких устройств, как RAID-контроллеры и адаптеры HBA. Это указывает на то, что развитие StorMQ продолжается и со временем новая модель работы может быть распространена на более широкий круг систем хранения. 

Формально функция стала общедоступной еще в декабре 2025 года, однако по умолчанию она не активируется. Для ее включения требуется вручную добавить соответствующий параметр в реестр после установки нужного обновления Windows Server 2025. 

Важно учитывать, что некорректное изменение реестра может привести к серьезным сбоям, поэтому проверку новой схемы работы NVMe целесообразно проводить сначала на некритичном сервере. По сообщениям пользователей, при включенной дедупликации на NVMe-накопителях возможны проблемы со стабильностью, поэтому применение этой функции в продуктивной среде требует особой осторожности до выхода окончательных исправлений.

Тестирование новой схемы работы NVMe в Windows Server 2025

Для оценки новой схемы работы NVMe в Windows Server 2025 использовался сервер на двух сокетах SP5 с двумя 128-ядерными процессорами AMD EPYC 9754. Система также была оснащена 768 ГБ памяти DDR5 с частотой 4800 MT/s. 

Важно учитывать, что, по словам Yash Shekar из Microsoft, для Windows Server 2025 уже было выпущено промежуточное улучшение, не связанное напрямую с новой NVMe-архитектурой. Это могло дополнительно повысить производительность прежнего стека хранения и тем самым сократить разницу между результатами. 

Для оценки потенциала новой подсистемы хранения использовался массив из пятнадцати NVMe SSD Solidigm P5316 емкостью 30,72 ТБ каждый, подключенных по PCIe 4.0 в конфигурации JBOD. Важно учитывать особенность этой модели: крупный внутренний шаг адресации данных на уровне 64 КБ. Из-за этого результаты записи на малых блоках, например в тестах 4K, могут выглядеть слабее ожидаемого уровня.

С учетом этой особенности сравнение проводилось в FIO на наборах случайного чтения и записи 4K, случайного и последовательного доступа 64K, а также последовательного доступа 128K. Такой подход позволил корректнее оценить скорость работы на разных размерах блока. Дополнительно в ходе тестирования контролировалась загрузка процессора, чтобы проверить заявления Microsoft о более эффективной работе новой архитектуры хранения.

Ключевые результаты

• заметный рост пропускной способности и IOPS в тестах случайного чтения 4K и 64K

• снижение задержек в сценариях случайного чтения 4K и 64K

• существенное уменьшение загрузки процессора при последовательном чтении и записи на разных размерах блока

Чтение

Запись

Анализ результатов

Анализ результатов стоит начать с тестов случайного чтения 4K и 64K, где новая схема работы подсистемы хранения показала наиболее заметный прирост. В сценарии случайного чтения 4K разница между новой и прежней схемой составила почти 4 ГиБ/с, а в тесте случайного чтения 64K прирост достиг примерно 16,9 ГиБ/с.

Дополнительно был зафиксирован уверенный рост производительности и в последовательном чтении блоками 128K: по итогам тестов пропускная способность увеличилась примерно на 5,8 ГиБ/с.

В тестах случайной и последовательной записи заметного прироста пропускной способности в большинстве случаев не наблюдалось. Единственным действительно выраженным исключением стала последовательная запись блоками 64K, где прирост составил примерно 5,4 ГиБ/с.

По остальным сценариям разница между результатами в основном укладывалась в пределы 100 МиБ/с. Это позволяет говорить о том, что там, где новая схема не дала выигрыша, она по крайней мере сохранила производительность на уровне прежней архитектуры.

Поскольку пропускная способность обычно связана с уровнем задержек, в тестах также было зафиксировано заметное снижение средней задержки при случайном чтении блоками 4K и 64K. В сценарии случайного чтения 4K задержка уменьшилась на 38,46% - с 0,169 до 0,104 мс. Для случайного чтения 64K снижение оказалось более умеренным и составило около 13,39%.

В последовательном чтении задержки изменились незначительно. При этом в операциях случайной и последовательной записи задержки, напротив, выросли практически во всех тестах, несмотря на сопоставимую или более высокую пропускную способность.

Помимо роста скорости случайного чтения, тесты FIO показали еще одну важную тенденцию - заметное снижение общей загрузки процессора в последовательных операциях чтения и записи блоками 64K и 128K. Наиболее выраженный эффект наблюдался в последовательной записи: загрузка ЦП в среднем снизилась на 12,66% для 64K и почти на такую же величину, на 11,11%, для 128K.

В последовательном чтении блоками 128K снижение составило около 12%, тогда как для последовательного чтения 64K оно оказалось более умеренным - 7,78%. Это важно учитывать при интерпретации результатов: если процессор достаточно производителен, обе схемы могут раскрывать потенциал накопителя почти полностью. В такой ситуации пропускная способность растет не всегда, но потребление процессорных ресурсов снижается.

Производительность Windows Server 2025 на сервере Dell PowerEdge R7725 с аппаратным контроллером PERC13

Приведенные выше результаты хорошо показывают, как новая NVMe-архитектура Windows Server 2025 ведет себя в конфигурации с прямым подключением накопителей. Это важная отправная точка, но для корпоративной эксплуатации она не закрывает другой практический вопрос: как поведет себя новая ОС там, где NVMe используется не в JBOD, а в аппаратном массиве с контроллером, отказоустойчивостью и привычной серверной моделью сопровождения. 

Именно в таких сценариях и возникает роль аппаратного контроллера. Direct NVMe остается сильным вариантом там, где важнее всего минимальная прослойка между приложением и накопителем, низкая латентность и логика отказоустойчивости на уровне кластера, гипервизора или приложения. Microsoft, например, для Storage Spaces Direct прямо ориентируется на direct-attached NVMe и не рассматривает классический RAID-контроллер как базовую модель для software-defined storage. Но в задачах, где нужен именно аппаратный RAID 6 или RAID 1, управляемая деградация массива, предсказуемое восстановление после отказа диска и привычная модель эксплуатации на уровне сервера, аппаратный контроллер остается вполне рациональным инструментом. 

Для такого сценария и был использован Dell PowerEdge R7725 с контроллером PERC13 H975i Front и массивом RAID 6 на семи NVMe SSD форм-фактора E3.S поколения PCIe Gen5. Контроллеры PERC13 поддерживают RAID 0/1/5/6/10/50/60, работают через интерфейс PCIe Gen5 x16 и рассчитан на работу с NVMe-накопителями вплоть до 32 GT/s. Сам PowerEdge R7725 поддерживает конфигурации с E3.S Gen5 NVMe, включая варианты до 8, 16, 32 и 40 накопителей. 

В этой конфигурации Windows Server 2025 показал уже не теоретический, а вполне прикладной выигрыш. 

Тестирование дисковой системы в RAID 6 сервера R7725 c Microsoft Windows Server 2025

Тестирование дисковой системы в RAID 6 сервера R7725 c Microsoft Windows Server 2022

В RAID 6 на R7725 последовательное чтение в CrystalDiskMark составило 20 837 МБ/с против 19 465 МБ/с у Windows Server 2022, а последовательная запись - 7 875 МБ/с против 2 488 МБ/с. По 4K Q32T16 массив на Windows Server 2025 показал 9 009 МБ/с на чтении против 6 805 МБ/с у Windows Server 2022 и 564 МБ/с на записи против 436 МБ/с. В ATTO разница по пику чтения была не столь драматичной - 44.73 против 39.12 ГБ/с, зато пик записи вырос особенно заметно: 11.28 против 2.51 ГБ/с. 

В рамках этого теста это означает примерно 7% прироста по последовательному чтению, около 216% по последовательной записи, около 32% по случайному чтению и около 29% по случайной записи на глубокой очереди.

Важно, что такой результат не стоит трактовать как универсальное доказательство превосходства Windows Server 2025 над Windows Server 2022 в любом RAID-сценарии. Более корректная интерпретация другая: на современной платформе с E3.S Gen5 NVMe и аппаратным PERC13 новая ОС заметно лучше раскрылась именно в сложной конфигурации RAID 6, где стоимость накладных расходов и логика прохождения I/O выше, чем в прямом JBOD-доступе. Это хорошо сочетается и с официальной позицией Microsoft, которая говорит об оптимизации NVMe в Windows Server 2025 с ростом IOPS и снижением нагрузки на процессор. 

Если задача строится вокруг максимума производительности отдельных NVMe-накопителей, минимальной латентности и программной логики отказоустойчивости выше уровня диска, то Direct NVMe остается наиболее естественным выбором. Если же нужен именно аппаратный RAID на быстрых корпоративных NVMe-дисках, с отказоустойчивостью, привычной эксплуатационной моделью и понятным управлением массивом на уровне сервера, то связка PowerEdge R7725 с PERC13 уже не выглядит компромиссом. В нашем тесте она показала, что Windows Server 2025 может быть интересен не только в сценариях прямого доступа к NVMe, но и на сервере с аппаратным контроллером - особенно там, где требуется емкий и отказоустойчивый RAID 6 на современных E3.S Gen5 SSD.

Выводы

Хотя часть результатов после включения новой схемы работы подсистемы хранения укладывалась в естественный разброс между отдельными прогонами, тесты в целом подтвердили многие заявления Microsoft. В частности, речь идет о более высокой пропускной способности при чтении, снижении задержек и уменьшении загрузки процессора в ряде сценариев. Дополнительная проверка на сервере Dell PowerEdge R7725 с аппаратным контроллером PERC13 показала, что потенциал новой архитектуры может проявляться не только в конфигурациях с прямым подключением NVMe, но и в более сложных сценариях аппаратного RAID. 

Для Windows Server это действительно крупное архитектурное изменение, затрагивающее модель работы подсистемы хранения, которая формировалась десятилетиями. Именно поэтому Microsoft пока не включает новую NVMe-схему по умолчанию в Windows Server 2025: штатным режимом она должна стать уже в следующем выпуске Windows Server. При этом в текущей версии функцию уже можно активировать вручную - через изменение реестра или групповую политику - и использовать для пилотного тестирования, если допустимы связанные с этим риски. 

В перспективе переход на новую архитектуру выглядит вполне логичным для всей платформы Windows Server. При этом практический выбор между Direct NVMe и аппаратным контроллером по-прежнему зависит от задачи: в первом случае приоритетом остаются минимальная латентность и прямой доступ к накопителям, во втором - отказоустойчивость, управляемость и предсказуемая эксплуатация массива. Дальнейший эффект будет зависеть не только от самой Microsoft, но и от готовности производителей NVMe SSD, RAID-контроллеров и HBA-адаптеров развивать драйверы и поддержку новой модели работы. Именно на этом уровне потенциальные преимущества обновленного стека хранения могут раскрыться в полной мере.