MÜNCHEN: Heute bringen Computer dem Anwender immer mehr Performance und Funktionalität. Die wachsende Bedeutung der Datenverarbeitung läßt sich am besten an den enormen technologischen Fortschritten bei Datenspeichergeräten veranschaulichen. Doch dem technologischen Fortschritt bei der Hardware hinkt so manches Betriebssystem hinterher.Vor fünf Jahren war eine 100-Megabyte-Festplatte eine tolle Sache. Heute nehmen sich Festplatten im Vergleich dazu wie Goliath aus. "Speicherfressende" Applikationen und Betriebssysteme erfordern immer höhere Kapazitäten. Festplattenhersteller liefern Millionen von Laufwerken von zwei bis neun Gigabyte und darüber.
Mit diesem Wachstum gehen auch Herausforderungen einher. Als Festplatten die Grenze von 2,1 Gigabyte erreichten - ein Phänomen, das allgemein als 2,1-Gigabyte-Barriere bekannt ist - hielt diese Grenze Anwender davon ab, über 2,1 Gigabyte an Daten zu nutzen, obwohl ihre Festplatte diese Kapazität bereits überschritten hat. Um auch das letzte Megabyte des teuren Speichers nutzen zu können, mußte der Anwender eine Technik implementieren, die als Partitionierung bekannt ist.
Die Herausforderung
Die 2,1-Gigabyte-Barriere ist ein Kapazitätsproblem. Ihre eigentliche Ursache liegt jedoch beim PC-Betriebssystem, nicht bei der Festplatte. Die Partitionierung wird notwendig, da sich einige Bereiche der PC-Technologie schneller entwickelten als andere. Zwar hat die Kapazität von Festplatten relativ konstant um 60 Prozent pro Jahr zugenommen, aber die Betriebssysteme konnten mit diesem Kapazitätszuwachs nicht Schritt halten.
Die inadäquate File-Unterstützung betrifft die Mehrheit der vorhandenen PCs, da die grundlegende DOS-File-Architektur von Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 95, OS/2 und Windows NT genutzt wird. Die beiden letztgenannten Betriebssysteme haben ihre eigene File-Struktur, die die DOS-Begrenzungen aufhebt. Werden sie jedoch im DOS-kompatiblen Mode genutzt, treten hier die gleichen Begrenzungen auf.
Die Vorteile der Partitionierung
Laut technischer Definition versteht man unter Partitionierung die Unterteilung eines Festplattenbereichs in selbständige Teile, mit denen die FAT (File Allocation Table) bei laufendem Betrieb arbeiten kann. Mit anderen Worten: Partitionierung bedeutet die Unterteilung einer vollständigen Festplatte mit hoher Kapazität in kleinere, unabhängige Teile mit weniger Kapazität. Eine Festplattenpartition ist die logische Domäne eines Adressierungsschemas, das der Anwender als Laufwerksbezeichnung sieht. Viele Anwender halten eine komplette Festplatte für eine einzige Partition: C:. Die ganze Festplatte kann aber auch viele Partitionen enthalten. Zum Beispiel kann eine partitionierte Festplatte individuell als Laufwerk C:, D:, E: und F: erscheinen; sogar dann, wenn C:, D:, E: und F: logische Partitionen einer physikalischen Platte sind.
Partitionierung ist eindeutig der beste Weg, um die Kapazität einer Festplatte voll auszuschöpfen. Darüber hinaus bietet Partitionierung auch zwingende Performance, Sicherheit und Daten-Management-Vorteile bei Festplatten von 2,1 Gigabyte und mehr.
Partitionen werden im allgemeinen vom äußersten Teil nach innen gehend eingerichtet. Da sich der äußere Rand einer Festplatte schneller bewegt als das Innere, macht die Festplattengeometrie die erste Partition zur leistungsstärksten. Zudem ist es am besten, Betriebssystem-Software in der ersten Partition zu plazieren, da Betriebssysteme nicht nur eine große Applikation und die Basis der gesamten File-Unterstützung sind, sondern die Applikation, die am häufigsten benutzt wird.
Partitionierung verringert außerdem die Gefahr eines kompletten Festplattenausfalls. Anwender können ein Laufwerk so partitionieren, daß das größte Virenrisiko, das aus dem häufigen File-Austausch entsteht, lediglich eine Partition betrifft. Einige Viren heften sich selbst an die File-Struktur. Für diese Viren wird es schwieriger, auf andere Partitionen überzugreifen, wenn man das Laufwerk in kleinere Blöcke unterteilt. Darüber hinaus können Anwender Viren-Checks in der Partition durchführen, wo die Netzsoftware gespeichert ist. Nur eine Partition zu untersuchen ist einfacher als das komplette Laufwerk, so daß man Viren-Checks öfter durchführen kann.
Letztendlich können Anwender Partitionen nach ihren Anforderungen selbst einrichten und verwalten. Backup-Funktionen können in verschiedenen Partitionen, auf verschiedenen Verzeichnissen durchgeführt werden. Sichert man nur Partitionen statt der gesamten Platte, spart man Zeit. Je schneller das Backup oder die Suche nach Viren, desto häufiger werden sie durchgeführt.
Anwender können aber auch verschiedene Betriebssysteme in unterschiedlichen Partitionen speichern und erreichen so eine risikofreie File-Migration.
Die richtige Wahl
Partitionierung erlaubt dem Anwender, größere Effizienz und Funktionalität seines Laufwerks zu erreichen. Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Wege der Partitionierung: Größe, Verwendung und Applikation. Welche Wahl der Anwender treffen muß, bestimmt sein Betriebssystem.
Partitionierung, die auf Größe basiert, richtet gleich große Partitionen ein. Diese Vorgehensweise sollten idealerweise Anwender von Windows 95 wählen. Im Februar 1996 hat Seagate das Partitionierungsprogramm Ontrack Disk Manager in alle seine Hochkapazitäts-ATA-Laufwerke integriert. Disk Manager partitioniert automatisch nach Größe, wobei Anwender bis zu 24 verschiedene Partitionen auf einer einzigen Festplatte einrichten und bearbeiten können. Die Partitionierung nach Größe schafft die größtmöglichen Partitionen, ohne 2,1 Gigabyte jemals zu überschreiten. Disk Manager partitioniert eine 2,5-Gigabyte-Festplatte in 2,1 Gigabyte mit einer Restkapazität von höchstens 400 Megabyte. Dies ist die beste Lösung für alle, die ein Upgrade auf Windows 95 planen. Die grafische, menügeführte Oberfläche des Disk Manager ist ein effizienter und völlig einfacher Weg, um eine Festplatte zu unterteilen.
Disk Manager kann auch unter DOS, Windows 3.1, Windows 3.11, Windows NT und OS/2 Warp eingesetzt werden. Anwender, die mit diesen Betriebssystemen arbeiten oder kein Upgrade ihres Betriebssystems planen, sollten die alternative Methoden - Verwendung und Applikation - wählen. Auch wenn diese komplexer sind, bieten sie dem Anwender zusätzliche Vorteile.
Bei der Partitionierung nach Verwendung wird die Festplatte in Blöcke mit unterschiedlicher Größe je nach benutzerspezifischen Anforderungen unterteilt. Diese Vorgehensweise besteht typischerweise aus separaten Partitionen für Daten und Applikationen. Diese Methode vereinfacht die Entscheidung, was in jeder Partition gespeichert werden soll und sorgt für Wachstum und Flexibilität der Partitionsstruktur.
Eine Partitionierungsstrategie nach Applikationen mischt im allgemeinen Applikationen und Daten in der gleichen Partition. Der Anwender kann diese Partitionen je nach Wachstumsrate anpassen. Beispielsweise könnte eine Netzpartition die Applikation, die Daten und die Over-the-Phoneline-Daten enthalten und einen Virusschutz haben. Partitionen nach Applikation gewährleisten die beste Balance zwischen Performance, Kapazität und Sicherheit.
Bits, Bytes, Sektoren und Cluster
In den nächsten Abschnitten dieses Backgrounders wird näher auf die technischen Aspekte der Data-File-Struktur eingegangen.
Die grundlegende DOS-basierte File-Struktur wird überwiegend in der PC-Industrie verwendet. Bits sind die Building Blocks mit einem Wert von Null oder eins. Sie werden zu Bytes zusammengefaßt, die als Buchstaben oder Ziffern betrachtet werden können. Aufgrund der Adressierungseffizienz wird aus diesen Bytes eine Datenstruktur mit architektonischen Begrenzungen aufgebaut. So gibt es acht Bit in einem Byte, 512 Byte in einem Sektor, maximal 64 Sektoren in einem Cluster und maximal 65.536 Cluster in einer DOS-Partition. Der PC findet seinen Weg durch die verschiedenen Datenstrukturen mit Hilfe der FAT, die wie ein Datenverzeichnis funktioniert. Die Anzahl der Bits, Bytes, Sektoren und Cluster innerhalb der Datenstruktur wird durch das Betriebssystem bestimmt. Die File-Struktur gibt vor, wieviele Daten auf einer Festplatte adressiert werden können. Wird die File-Struktur geändert, kann es zu Kompatibilitätsproblemen mit bestehender Software kommen.
Kapazitätsberechnungen
Bytes, Sektoren und Cluster sind logische Datengruppierungen. In der Regel adressiert die Festplatte physikalische Bit-Locations der tatsächlichen Kapazität aufgrund von Zylinder-, Kopf- und Sektorberechnungen. Zylinder sind konzentrische Datenringe auf der Platte eines Laufwerks. Unter Köpfen versteht man Schreib-/Leseköpfe, die über die Oberfläche der Platte fliegen. Sektoren sind Unterteilungsspuren, deren Größe in der ATA-Welt immer 512 Byte sind. Zylinder, Köpfe, Sektoren und Bytes werden multipliziert, um die tatsächliche Kapazität einer bestimmten Platte festzustellen. Wenn zum Beispiel eine Festplatte die folgende Konfiguration von 200 Zylindern mal 16 Köpfe mal 63 Sektoren mal 512 Byte hat - das ergibt 2,167 Gigabyte - würde ihre logische Struktur auf 65.536 Cluster mal 64 Sektoren mal 512 Byte begrenzt sein - also auf 2,147 Gigabyte.
Aufgrund einer Unvereinbarkeit von logischer und physikalischer Struktur bleiben bei dieser Berechnung ungefähr 20 Megabyte übrig, die das Betriebssystem nicht adressieren kann. Aus diesem Widerspruch ergeben sich zwei Probleme: die FAT-Begrenzung (Kapazitätsbegrenzung) und der Cluster Size Effect (Speicherineffizienz).
Die FAT-Begrenzung
Das Betriebssystem DOS basiert auf einer FAT von 16 Bit, die die Festplatte auf zwei hoch sechzehn Cluster (oder 65.536) in einer Partition begrenzt. Die Begrenzung für eine 2,147-Gigabyte-DOS-Partition ist dann 65.536 Cluster mal 64 Sektoren pro Cluster mal 512 Byte pro Sektor. Da DOS (Windows 3.x und Windows 95 haben die gleiche Begrenzung) eine Festplattenpartition über 2,147 Gigabyte nicht unterstützt, müssen Anwender Laufwerke über 2,147 Gigabyte partitionieren, um die Kapazität voll auszuschöpfen. Ohne Partitionierung könnten sie nur 2,147 Gigabyte adressieren und darauf zugreifen.
Die Lösung für die FAT-Begrenzung setzt die Einführung eines neues Adressierungsschemas voraus. FAT ist und bleibt das Daten-Directory. Obwohl ein "Layer" auf die FAT gelegt werden kann, das - unbemerkt vom Anwender - eine virtuelle Datenstruktur kreiert, kann dies zu potentiellen Kompatibilitäts- und Stabilitätsproblemen führen.
Microsoft arbeitet derzeit an einer Lösung für das FAT-Struktur-Problem, die zu einem neuen Code führen soll. In der Zwischenzeit ist Partitionierung eine Übergangslösung, mit der sich leben läßt, und bewahrt die Stabilität und Datenintegrität der File-Struktur.
Eine andere Konsequenz der Datenstruktur ist die Effizienz, mit der Daten gespeichert werden. Ein Cluster ist die kleinste adressierbare Einheit in einem Laufwerk. Das heißt, muß ein Byte gespeichert werden, braucht man dazu ein Cluster. Die Anzahl der Cluster ist auf 65.536 begrenzt. Wächst die Kapazität des Laufwerks, werden die Cluster größer, wobei die Effizienz sinkt. Ein Cluster in einer einzelnen Partition von 2,1 Gigabyte beträgt 32 Kilobyte (oder 64 Sektoren). Ein Cluster auf einer 540-Megabyte-Festplatte beträgt jedoch nur 16 Kilobyte (oder 32 Sektoren). Will man einen kleinen File speichern, braucht man dazu 32 Kilobyte auf einer 2,1-Gigabyte-Platte und nur halb soviel (16 Kilobyte) auf einer 540-Megabyte-Platte.
Das ist die eigentliche Ursache dafür, wenn der Endanwender nach einem Upgrade seiner Festplatte einen Kapazitätsverlust feststellt. Dieselben Files können auf einer Festplatte mit höherer Kapazität mehr Platz brauchen als auf einer mit niedrigerer Kapazität. Und je mehr Files der Anwender hat, desto mehr vergeudeter Platz ist auf der Festplatte. Partitionierung verbessert die Speichereffizienz, da die FAT-Adresse für jede Partition neu erstellt werden kann. Dabei können mehrere Partitionen mit 16-Kilobyte-Cluster entstehen, anstelle von 32-Kilobyte-Cluster auf einer Festplatte mit nur einer Partition. Die Cluster-Size-Ineffizienz kann durch Partitionen auf einem Laufwerk mit hoher Kapazität verhindert werden, da sie die Cluster-Größe einer Single-Partition auf einem Laufwerk mit niedriger Kapazität ausgleichen. Wenn beispielsweise ein Anwender seine Festplattenkapazität von 540 Megabyte auf 2,1 Gigabyte aufrüstet, sollte er verschiedene 540-Megabyte-Partitionen auf dem 2,1-Gigabyte Laufwerk erstellen, und die File-Effizienz bleibt die gleiche.n
Die Autoren Erik Ottem und Judy Plumer sind als Manager Technology Marketing und Corporate Communications Specialist bei der Firma Seagate Technoloy im kalifornischen Scottsvalley tätig. Die deutsche Niederlassung ist in München ansässig.