GPT-Partitionen: Was ist eine GUID-Partitionstabelle?
Partitionen sind ein probates Mittel, um die optimale Leistung aus internen und externen Speichermedien herauszuholen. Die Aufgliederung des Speicherraums sorgt nämlich nicht nur für mehr Struktur, sondern gibt Ihnen auch die Möglichkeit, System- und Anwendungsdateien optimal voneinander zu trennen. So lassen sich beispielsweise alle wichtigen Daten des Betriebssystems in den ersten Sektoren einer Festplatte speichern, die standardmäßig die höchste Lese- und Schreibgeschwindigkeit bieten.
Technische Grundlage für die Partitionierung sind sogenannte Partitionsschemata bzw. -tabellen, die alle relevanten Informationen über die Aufteilung des Datenspeichers führen. Eine der neuesten Lösungen hierfür ist der Standard GUID Partition Table, dessen Grundlagen wir hier ausführlicher behandeln.
Was ist GUID Partition Table (GPT)?
GUID Partition Table (GPT), zu Deutsch GUID-Partitionstabelle, ist ein Standard zur Formatierung von Partitionstabellen für Speichermedien, insbesondere für Festplatten. GPT ist Bestandteil von UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), einer Schnittstellen-Spezifikation, die den Austausch zwischen Firmware und Betriebssystemen während des Bootvorgangs regelt und im Jahr 2000 als BIOS-Nachfolger entwickelt und veröffentlicht worden ist. GPT-Partitionen lassen sich allerdings – mit Einschränkungen – auch unabhängig von UEFI nutzen. Voraussetzung ist in diesem Fall, dass das verwendete Betriebssystem und die zu partitionierende Festplatte den Standard unterstützen. Aufgrund verschiedener enthaltener Verbesserungen hat GPT heute den traditionellen Partitionsstil MBR (Master Boot Record) weitestgehend abgelöst.
Das „GUID“ in GUID Partition Table steht für „Globally Unique Identifier“. Bei diesem Identifier handelt es sich um eine Zahl mit 128 Bit (16 Byte), die eine eindeutige Identifizierung von Dateien bzw. Dokumenten und – im Fall der Festplatten – von Datenträgern und Partitionstypen ermöglicht.
Was zeichnet GPT-Partitionen aus?
GPT als Festplatten-Partitionsstil zu verwenden, ist aus verschiedensten Gründen zu empfehlen. Allen voran steht dabei die Tatsache, dass eine GUID-Partitionstabelle zur Adressierung auf Einträge mit 64 Bit zurückgreift. Das hat zur Folge, dass die maximale Größe einer Partition bei 18 Exabyte liegt, was in etwa 18 Milliarden Gigabyte entspricht. Für die heutige Generation von Datenträgern, die häufig selbst im Privatsektor bereits mehrere Terabyte an Speicherplatz bieten, ist diese Eigenschaft unverzichtbar. Das ältere Master-Boot-Record-Schema lässt nämlich nur eine Partitionsgröße von maximal zwei Terabyte zu, was für viele moderne Festplatten schlichtweg zu wenig ist. Die weiteren Eigenschaften und Vorzüge der GPT-Partitionierung lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
- Kein Limit für primäre Partitionen: In der Theorie lässt GUID Partition Table eine unbegrenzte Anzahl an primären Partitionen zur Strukturierung des Speicherraums zu. In der Praxis setzen Betriebssysteme ein Limit, wobei der Wert in Windows beispielsweise bei 128 liegt, was mehr als ausreichend ist.
- Absicherung durch CRC32-Prüfsummen: Prüfsummen sorgen für die notwendige Integrität des GPT-Headers. Auf diese Weise wird u. a. aufgedeckt, wenn fehlerhafte Sektoren den Bereich des Headers beschädigen.
- Eindeutige Identifikation von Partitionen und Datenträgern: Dank der bereits erwähnten GUID-Technik erhalten Datenträger und Partitionen eindeutige Identifikationsnummern.
- Backup-Header: Die Kopfzeile von GUID-Partitionstabellen wird nicht nur durch die genannte Prüfsumme, sondern auch durch ein deckungsgleiches Backup gesichert. Das erhöht die Sicherheit der Partitions-Metadaten und minimiert das Risiko von Datenverlust bei einem Hardware-Defekt.
- Abwärtskompatibilität: Ein sogenannter Protective Master Boot Record (dt. Schutz-MBR) in Sektor 0, dem ersten Datenblock einer GPT-Festplatte, sorgt dafür, dass nahezu alle Betriebssysteme, Dienste und Tools, die eigentlich auf MBR-Partitionierung ausgelegt sind, auch mit GPT funktionieren.
Ausführliche Informationen darüber, welche Vor- und Nachteile GPT-Partitionen gegenüber den klassischen MBR-Partitionen bieten, finden Sie in unserem Vergleichsartikel „MBR vs. GPT“.
Das GPT-Schema: Wie sind GPT-Festplatten im Allgemeinen aufgebaut?
GUID Partition Table gibt ein klares Schema vor, wie der Speicherplatz eines Datenträgers aufgeteilt wird. Dabei lässt sich der Aufbau grob in folgende vier Bereiche untergliedern:
- Protective Master Boot Record: An erster Stelle steht der bereits erwähnte Protective-MBR, der für die Abwärtskompatibilität des Partitionierungsstils sorgt.
- Primäre GUID-Partitionstabelle: GPT-Header und Partitionseinträge
- Partitionen: Auf den Header und die Partitionseinträge folgen die jeweiligen Einheiten des aufgeteilten Speicherplatzes, also die verschiedenen Partitionen.
- Sekundäre GUID-Partitionstabelle: Backup von GPT-Header und Partitionseinträgen in gespiegelter Reihenfolge
Deutlicher wird das Schema durch die nachfolgende grafische Darstellung der einzelnen Komponenten. Die darin ausgezeichneten LBA-Blöcke (Logical Block Addressing) entsprechen jeweils einem Sektor des Datenträgers und damit 512 Byte.
Der GPT-Header im Kurzportrait
Der Header, also die Kopfzeile der jeweiligen GUID-Partition-Table-Struktur, beschreibt u. a. die nutzbaren Blöcke des Datenträgers und die Größe der einzelnen Partitionseinträge. Für die Funktionalität der GPT-Partitionen ist er folglich unverzichtbar. Wie bereits in der grafischen Darstellung des Schemas deutlich wird, ist der GPT-Header immer im zweiten Sektor des Speichermediums (LBA 1) gespeichert – direkt auf den Schutz-MBR folgend. Die Sicherheitskopie des Headers ist ebenfalls auf dem Datenträger zu finden, wobei für dieses Backup der letzte Sektor vorgesehen ist (LBA -1). Die exakten Positionen der beiden Versionen, die beide durch eine Prüfsumme geschützt sind, sind ebenfalls im Header gespeichert.
Die automatisch generierten CRC32-Prüfsummen für den Header und die Partitionseinträge werden wahlweise von der Firmware, dem Bootloader oder dem Betriebssystem überprüft.
Im Detail enthält der GPT-Header, der standardmäßig selbst eine Größe von 92 bzw. 512 Byte (inklusive reserviertem „Null“-Raum) hat, folgende Informationen:
So sieht ein Partitionseintrag aus
Auf den primären Header folgen die Einträge zur Beschreibung der einzelnen GPT-Partitionen. Jeder Eintrag umfasst 128 Byte, sodass immer vier Einträge pro logischem Block (also pro LBA) gespeichert werden können. Das Schema schlägt für den GUID-Partition-Table-Standard die Blöcke 2 bis 33 vor, was also 128 Partitionen entspricht und beispielsweise in Windows-Betriebssystemen auch genauso umgesetzt ist. Bei Bedarf lässt sich die Zahl an freigegebenen Sektoren für die Partitionseinträge aber auch beliebig erhöhen, weshalb die Anzahl möglicher Partitionen in der Theorie auch – wie bei den Eigenschaften von GPT aufgezählt – unbegrenzt ist. Sie wird lediglich durch den zur Verfügung stehenden Speicherplatz limitiert.
Unabhängig von der Zahl an Partitionseinträgen bzw. Partitionen sieht der verhältnismäßig einfache Aufbau gemäß der GPT- bzw. UEFI-Spezifikation immer wie folgt aus:
Wo kommen GUID-Partitionstabellen zum Einsatz?
GUID Partition Table ist seit 2005 als Partitionsstil für HDD- und SSD-Festplatten zunehmend auf dem Vormarsch. Hintergrund ist vor allem die steigende Verwendung von UEFI als BIOS-Alternative: So verwenden moderne Hardware und Betriebssysteme immer häufiger den neuen Schnittstellenstandard und damit auch die GUID-Partitionierung. Abseits von aktuellen Windows-Editionen wie Windows 10, 8 oder 7 zählen dabei auch diverse neuere macOS- und Linux-Versionen zu den GPT-unterstützenden Betriebssystemen.
Warum SSD-Festplatten immer beliebter werden und was sie insbesondere im Serverumfeld so wertvoll macht, lesen Sie in unserem Artikel zum Thema Server mit SSD-Speicher.
Zum Einsatz kommen GUID-Partitionstabellen also praktisch in nahezu allen modernen Computersystemen, die mit integrierten Datenträgern arbeiten, deren Speichervermögen im Gigabyte- bzw. Terabyte-Bereich liegt. In externen Festplatten ist der Partitionsstil aber natürlich ebenso gefragt – insbesondere da auch hier mittlerweile viele Lösungen über zwei Terabyte Speicher bieten und damit MBR als Partitionstechnik ausschließen. Ein weiterer typischer Einsatzbereich von GPT: bootfähige USB-Sticks. Bei diesen kommt es nämlich immer darauf an, für welches Betriebssystem und Firmware sie konzipiert sind und ob UEFI (spricht klar für GPT) oder BIOS zum Einsatz kommen sollen.
Natürlich ist die GPT-Partitionierung bei USB-Sticks auch dann eine Lösung, wenn der Stick nicht als Boot-, sondern als einfaches Speichermedium verwendet werden soll – insbesondere aufgrund des erhöhten Schutzes gegen Datenverlust bei Hardware-Defekten, für die das Risiko bei portablen Speichermedien (also auch bei externen Festplatten) potenziell höher ist.