Partition

Partition - Teil eines Datenträgers

Beschreibung

Als Partition ((Ein)teilung) werden die zusammenhängenden, aufeinanderfolgenden Datenblöcke eines Teils eines Volumes bezeichnet

• Das kann der gesamte Speicherplatz oder ein Teil eines geeigneten physischen oder logischen Datenspeichers sein
• Eine Partition ist jeweils abermals ein Volume

Der Begriff Partition wird somit in der Datentechnik wesentlich anders verwendet als in der Mengenlehre, wo eine Partition eher der Partitionierung (Zerlegung) bspw. eines Datenträgers entspricht

Verwendung

Die meisten Betriebssysteme benötigen Partitionstabellen, können aber auch mit nur einer Partition betrieben werden

• Eine Partitionstabelle und alle darin definierten Partitionen sind immer Teil eines Volumes, was physischem Datenspeicher wie z. B. einer Festplatte, einer NVMe-SSD oder einem USB-Stick entspricht, oder aber auch bereits logisch einem RAID-Verbund oder einem LVM
• Die Nutzung nur einer Partition ist die einfachste Art der Partitionierung, bei der sich die Partition über den gesamten Speicherbereich des Volumes – wie etwa des physischen Datenträgers – erstreckt

Gründe für die Verwendung mehrerer Partitionen

• Multi-Boot-System: Partitionen erlauben, mehrere Betriebssysteme auf einer Festplatte zu installieren
• Mehrere Dateisysteme: Jede Partition besitzt ihr eigenes Dateisystem, somit können durch Partitionierung verschiedene Dateisysteme auf einem physischen Datenträger angelegt werden
• Das erhöht auch die
• Datensicherheit: Sollte das Dateisystem einer Partition Fehler aufweisen, sind die anderen Partitionen nicht davon betroffen
• Das ist besonders vorteilhaft bei einer Neuinstallation des Betriebssystems, da nur dessen Partition formatiert werden kann und Daten auf anderen Partitionen erhalten bleiben
• Organisation: Man kann seine Daten dem Zweck nach in verschiedenen Partitionen speichern
• So können zum Beispiel die Daten des Systems, Swapping-Daten, die Anwendungsprogramme und die Benutzerdaten auf unterschiedlichen Partitionen liegen, was beispielsweise Datensicherungen erleichtert
• Systemsicherheit: Unter vielen unixartigen Systemen ist es möglich, Eigenschaften für einzelne Partitionen festzulegen, beispielsweise etwa ausführbare Dateien zu verbieten (noexec)
• Wiederherstellungsvolume (meist als versteckte Partition): Beispiele sind etwa die Windows-Wiederherstellungsumgebung oder das macOS-Wiederherstellungsvolume

Auf einigen Arten von Datenträgern wird von den meisten Betriebssystemen der gesamte physische Speicher als ein physisches Laufwerk verwendet, ohne auf das Konzept der Partitionierung zurückzugreifen

• Aus Betriebssystemsicht entspricht sowohl eine logische Partition als auch ein physischer Datenträger ohne Partitionstabelle jeweils einem Volume

Ein darauf vorhandenes Dateisystem erstreckt sich also immer über den gesamten verfügbaren Speicher des Volumes

• Der Verzicht auf Partitionierung ist beispielsweise auf Disketten vorzufinden; er ist zu unterscheiden von einem Datenträger, auf dem eine einzige Partition eingerichtet ist, wie es z. B. bei USB-Sticks oder externen Festplatten normalerweise üblich ist

Konzepte

Konzepte der Partitionierungen

Bevor es Festplatten größerer Kapazität gab, war die Begrenzung des Speicherplatzes in physischen Einheiten sozusagen naturgegeben – es gab keine weitere Aufteilung in Untereinheiten

• So hatte ein Magnetband in einem Bandlaufwerk eine bestimmte Speicherkapazität, und größere Datenmengen mussten auf mehrere Magnetbänder verteilt werden
• Als Inhaltsverzeichnis wurde beispielsweise VTOC verwendet

Im Laufe der Zeit wurde die Kapazität von Speichermedien jedoch größer

• Im sich entwickelnden Personal-Computing-Bereich beispielsweise wurde der IBM PC XT von 1983 erstmals auch mit internen Festplatten verkauft
• Auch in Apples Macintosh XL von 1985 steckte optional eine Festplatte ab Werk
• Da Festplatten eine viel größere Speicherkapazität als Disketten aufweisen, wurde die Möglichkeit geschaffen, diese in Partitionen zu unterteilen
• Die Partitionstabelle stellt somit eines der ersten Konzepte der nichtphysischen Unterteilung in Partitionen dar

Nachdem IBM und Microsoft 1983 den Master Boot Record (MBR) mit PC DOS bzw. MS-DOS 2.0 eingeführt hatten, folgte Apple 1987 mit der Apple Partition Map (APM) für Macintosh-Rechner

• Auch andere Betriebssysteme und Plattformen führten das Konzept in gleicher Weise ein, etwa BSD-Systeme mit Disklabels (1988) oder Commodore mit dem Rigid Disk Block (RDB) für Amiga-Rechner

Auch die von Intel entwickelte GUID-Partitionstabelle (GPT, „GUID Partition Table“), die mit dem Extensible Firmware Interface (EFI) um 2000 eingeführt und mit UEFI seit 2005 als Teil dieser offenen Spezifikation von mehreren Herstellern weiterentwickelt wird, entspricht diesem Konzept

Logical Volume Manager

Über Speichermedien- und Partitionsgrenzen hinweg bieten Logical Volume Manager (LVM) ebenfalls die Möglichkeit, den vorhandenen Speicher aufzuteilen

• Mit diesem Konzept werden zusätzlich auch die natürlichen Grenzen aufgehoben, da z. B. mehrere Festplatten zu einem großen Speicherbereich zusammengefasst werden können, der dann wiederum in einzelne Partitionen aufgeteilt werden kann
• Außerdem bietet das Konzept auch die Möglichkeit, den Speicher durch Hinzufügen von weiteren Speichermedien dynamisch zu vergrößern (oder durch das Entfernen von Medien zu verkleinern) – unter Windows (seit Windows 2000) heißt dieses Partitionierungskonzept daher auch Dynamische Datenträger, Windows 8.1 und neuer bietet mit Storage Spaces ein weitaus mächtigeres Werkzeug, um Speicherpools anzulegen

Ein weiteres ähnliches Konzept ist die Aufteilung des Speichers durch das Dateisystem

• Einige hoch entwickelte Dateisysteme bieten sowohl die Möglichkeit über Speichermediumgrenzen hinweg (wie LVM) einen großen zusammengesetzten Speicher als ein Dateisystem zu verwalten, als auch diesen gesamten Speicherbereich in Form von Partitionen () oder als Snapshots getrennt zu verwalten
• Beispiele hierfür sind unter anderem ZFS und btrfs

Für letztere Konzepte hat sich ein mehrstufiges Modell etabliert, indem mehr als ein Partitionierungskonzept verwendet wird

• So bieten alle LVM-Umsetzungen die Möglichkeit, sich auf darunterliegende Partitionen (also das Konzept der Partitionstabellen) abzustützen
• Eine Kombination mit weiteren Speicherkonzepten wie Redundanz (RAID) ist mit LVM und modernen Dateisystemen ebenfalls möglich
• Auch die Ebene, in welcher beispielsweise der RAID-Verbund realisiert wird, lässt sich variieren: So können sowohl die einzelnen Datenträger oder einzelne Partitionen als RAID abgebildet werden als auch die als LVM konfigurierte Volume Group selbst
• Obwohl es auch möglich wäre, den gesamten Speicherbereich eines Datenspeichers ohne Partitionstabelle innerhalb einer konkreten LVM-Konfiguration zu erfassen und einzig via LVM für eine Aufteilung in Speicherbereiche zu sorgen, wird diese Variante in der Praxis meist nicht verwendet

Kompatibilität

Kompatibilität und Interoperabilität

Die meisten Rechnerarchitekturen unterstützen nur eine bestimmte Partitionstabelle zum Starten von Betriebssystemen

• Das liegt zum einen daran, dass fast alle Computer als Plattform, also als Computersystem inklusive Betriebssystem, entwickelt und verkauft werden
• Als technischen Grund liegt es zum anderen daran, wie die Firmware

eines Computers den Bootloader startet

• Der als Bootstrapping

bezeichnete Prozess beginnt mit dem Laden des ersten Programms, das ein Computer nach dem Einschalten ausführt: der Firmware, etwa dem BIOS beim IBM PC, dessen Nachfolger UEFI, Open Firmware oder Kickstart

• Diese erste Firmware

initialisiert zumindest die zum Starten benötigte vorhandene Hardware (wobei es eventuell noch weitere Firmware aus dieser Hardware liest und ausführt) und übergibt anschließend an einen Bootloader – auch oft als Initial Program Load oder „Stage 1“ bezeichnet, dessen Aufgabe es ist, in weiterer Folge ein Betriebssystem zu starten

• Um den Bootloader starten zu können, kann es erforderlich sein, zuerst die Partitionstabelle einzulesen und auszuwerten
• Daher muss auch die Firmware das Format der Partitionstabelle kennen
• Da es zu viel Aufwand wäre, Unterstützung für mehrere Partitionstabellen in der Firmware

zu implementieren, können die meisten nur eine einzige Partitionstabelle auswerten und folglich nur von einem Speichermedium, welches diese Partitionstabelle enthält, den erforderlichen Bootloader starten

Eine bis in die 2000er-Jahre weit verbreitete und sehr bekannte Ausnahme ist das BIOS bei IBM-PC-kompatiblen Computern, wie es 1981 von IBM beim Modell 5150 vorgestellt wurde

• Das BIOS liest einen Bootloader vom ersten Datenblock eines Mediums, wobei es von einer fixen Datenblockgröße von 512 Bytes ausgeht – es kennt daher im Grundsatz keine Partitionen oder Partitionstabellen
• Der 1983 eingeführte Master Boot Record

(MBR) trägt diesem Konzept Rechnung, indem er nicht nur eine Partitionstabelle enthält, sondern auch ein Programm (bezeichnet als ), das die Aufgabe hat, diese Partitionstabelle auszulesen und von einer der eingetragenen Partitionen im Chainloading-Prinzip einen weiteren Bootloader zu starten

• Der IBM PC und kompatible Computer können daher prinzipiell jede beliebige Partitionstabelle enthalten, solange im ersten Datenblock auf dem Speichermedium ein Bootloader steht, der diese Partitionstabelle auszuwerten vermag und einen weiteren

Bootloader für das Betriebssystem von einer der Partitionen startet

• In der Praxis wurde von dieser Möglichkeit sehr wenig Gebrauch gemacht, jedoch ermöglicht es unter anderem einen Bootloader auf BIOS-basierten PCs, der eine GUID-Partitionstabelle auswertet und von einer der Partitionen ein Betriebssystem starten kann
• Voraussetzung ist, dass das gestartete Betriebssystem dann auch mit dieser Konfiguration zurechtkommt
• Bei Linux etwa ist das der Fall, Windows hingegen meldet eine nicht unterstützte Systemkonfiguration
• Ab ca. 2010 wurde das BIOS größtenteils von UEFI abgelöst

Andere Systeme wie die Power-Macintosh-Serie von Apple verwenden eine fix vorgegebene Partitionstabelle, da die Open Firmware als Erstes den Bootloader als Datei direkt von einer der Partitionen lädt

• Allerdings muss die Firmware dabei noch einen Schritt weiter gehen, da sie zu diesem Zweck nicht nur die Partitionstabelle kennen muss, sondern auch das Dateisystem: Bei Apple-Systemen aus der PowerPC-Ära (1994–2006) muss der

Bootloader daher auf einer APM-Partition mit Hierarchical File System (HFS) gespeichert sein

• Auch Server der Firmen Sun Microsystems und IBM nutzen

Open Firmware, verwenden allerdings andere Dateisysteme

Die seit 2000 von Intel in EFI spezifizierte GUID-Partitionstabelle (GPT) sieht sich als Nachfolger des Master Boot Record (MBR) und hat daher eine Reihe von Kompatibiltäts- und Schutzfunktionen implementiert

• So existiert im ersten Datenblock immer auch ein MBR, der die Aufgabe hat, die folgende GUID-Partitionstabelle und den damit verwalteten Speicherplatz vor Zugriffen älterer Programme zu schützen
• Dieser MBR heißt daher auch Schutz-MBR () – alte Programme und Computersysteme kommen dadurch nicht in die Verlegenheit, das Speichermedium als vermeintlich leer und uninitialisiert zu erkennen, da mit dem Schutz-MBR eine gültige Partitionstabelle samt Partition vorhanden ist
• Im Endeffekt ist somit jedes Speichermedium mit GPT vor irrtümlichem Löschen auf alten Systemen, die nur den MBR kennen, geschützt
• Anders als das BIOS lädt beim Bootstrapping

dessen Nachfolger UEFI den Bootloader von einer speziellen Partition, die im FAT32-Dateisystem formatiert sein muss

• UEFI muss daher die GUID-Partitionstabelle auslesen und auch auf das FAT32-Dateisystem zugreifen können, um anschließend den Bootloader direkt zu starten
• Der Bootloader muss für dieselbe Prozessorarchitektur ausführbar sein wie das UEFI, aus dem es gestartet wurde (z. B. x86_64)

Auf Acorn-Rechnern verwendete jede SCSI-Erweiterungskarte einen in ihrer Firmware implementierten proprietären Partitionstabellentyp

• Dieses Prinzip überlässt es also der genutzten Kombination aus Controllerkarte und Speichermedium (meistens eine Festplatte), welcher Partitionstabellentyp verwendet wird, was jedoch zu eigenen (inkompatiblen) Implementierungen führte
• Der Nachteil war daher, dass das Betriebssystem auf die Daten auf einer Festplatte, die auf einem bestimmten Controller

genutzt wurde, mit einer anderen SCSI-Controllerkarte nicht mehr über den normalen Dateisystem-Treiber-Weg zugreifen konnte

Die Partitionstabelle auf Amiga-Rechnern von Commodore, der Rigid Disk Block (RDB), muss im Bereich eines der ersten 16 Datenblöcke stehen

• Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass damit Partitionstabellen in unterschiedlichen Formaten koexistieren können – etwa ein MBR auf Datenblock 0 und ein RDB in einem der darauffolgenden Datenblöcke

Allen Rechnerarchitekturen gemein ist, dass ein bereits gestartetes Betriebssystem eine Vielzahl an Partitionstabellen auf weiteren Speichermedien nutzen kann, weil Partitionstabellen in Software vom jeweiligen Betriebssystem initialisiert werden können

• Ein gutes Beispiel hierfür ist Linux, das Partitionstabellen verschiedener Systeme und Plattformen unterstützt
• Aber auch z. B. Windows kann Partitionen von sowohl MBR- als auch GPT-partitionierten Medien nutzen
• Ebenso kann macOS (bis 2012 „Mac OS X“ und bis 2016 „OS X“) neben GPT- auch APM- und MBR-Partitionen verwenden
• Zu beachten ist jedoch, dass das auf einer Partition verwendete Dateisystem ebenfalls vom Betriebssystem unterstützt sein muss, um letztlich Zugriff auf die enthaltenen Dateien zu erhalten

Die verbreitetste und daher mit fast allen Betriebssystemen kompatible Kombination aus Partitionstabelle und Dateisystem dürfte eine MBR-Partition – egal ob Primärpartition oder logische Partition – mit dem Dateisystem FAT32 darstellen

• Auf älteren Betriebssystemen (Mitte der 1980er bis Ende der 1990er) funktioniert zumindest noch das FAT16-Dateisystem, das jedoch nur mit knapp unter 4 GiB begrenzte Partitionen ermöglicht
• Seit ca. 2010 gibt es Festplatten mit einer Speicherkapazität von 3 TiB und mehr; allerdings ist für Datenspeicher größer als 2 TiB (= 2048 GiB, ≈ 2199 GB) die Kombination bestehend aus Master Boot Record und FAT32-Partition nicht geeignet
• Deshalb setzte sich zunehmend die GUID-Partitionstabelle als neuer Standard auf fast allen gängigen Betriebssystemen durch, die nach 2010 erschienen
• Wegen seiner großen Verbreitung können moderne Betriebssysteme zudem oft mit dem von Microsoft für dessen

Windows-Betriebssysteme entwickelten Dateisystem NTFS umgehen, eventuell unter Nutzung eines zusätzlichen Treibers eines Drittherstellers für den Schreibzugriff

• Alternativ bietet Microsoft mit dem Dateisystem exFAT einen Nachfolger, der einige der Einschränkungen von FAT32 aufhebt

Anhang

Siehe auch

• Partition/Bezeichnungen und Typen
• Partition/Kompatibilität
• Partition/Konzepte
• Partition/Tools
• Partition/Verwendung
• Partition/Zugriff und Nutzung

Dokumentation

Man-Page

Info-Page

Links

Weblinks

1. https://de.wikipedia.org/wiki/Partition_(Datentr%C3%A4ger)