WINNT: Einschränkungen in bezug auf Boot-Prozeß und Festplatten

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Dieser Artikel ist eine Übersetzung des folgenden englischsprachigen Artikels der Microsoft Knowledge Base:
114841 Windows NT Boot Process and Hard Disk Constraints
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Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt Beschränkungen in bezug auf die Festplattengröße unter Windows NT und Windows NT Advanced Server. Um diese Beschränkungen zu verstehen, ist es erforderlich, sowohl die Datenstrukturen, welche die Festplattenpartitionen definieren, als auch die Interaktionen zwischen Windows NT und der BIOS-Schnittstelle des Systems während des Boot-Prozesses von Hardware und Betriebssystem zu verstehen.

Weitere Informationen

Die Partitionstabelle

Die Datenstruktur, welche die Partitionen der Festplatte beschreibt, wird als Partitionstabelle bezeichnet. Sie besteht aus maximal vier 16-Byte-Einträgen. Jeder Eintrag besteht aus 10 Feldern, in denen die folgenden Attribute einer Partition beschrieben werden:
   FELD                GRÖSSE
   Startoption           1  Byte
   Startseite            1  Byte
   Startzylinder         10 Bit
   Startsektor           6  Bit
   Systemanzeige         1  Byte
   Endseite              1  Byte
   Endzylinder           10 Bit
   Endsektor             6  Bit
   Relative Sektoren     4  Byte
   Anzahl der Sektoren   4  Byte
Systemanzeige

Die Systemanzeige dient dazu, anzugeben, welches Dateisystem in der jeweiligen Partition enthalten ist. Einige allgemeine Werte sind u.a.:
   WERT   DATEISYSTEM
   0x05    Erweiterte Partition
   0x06    Format BIGDOS File Allocation Table (Dateizuordnungstabelle/FAT).
   0x07    Installierbares Dateisystem (IFS), z.B.: HPFS und NTFS
Ist eine Partition Teil eines fehlertoleranten (FT) Sets, setzt Windows NT das werthöchste Bit der Systemanzeige, um sie von einer Nicht-FT-Partition desselben Typs zu unterscheiden. So hat beispielsweise eine fehlertolerante FAT-Partition einen Systemanzeigewert von 0x86 und eine fehlertolerante NTFS-Partition einen Systemanzeigewert von 0x87.

Wenn ein Bestandteil eines FT-Sets deaktiviert wird, setzt Windows NT zwei werthöchste Bits. So hat z.B. eine deaktivierte FAT-Partition einen Systemanzeigewert von 0xC6 und eine deaktivierte, fehlertolerante NTFS-Partition einen Systemanzeigewert von 0xC7.

Startoption

Die Startoption gibt an, welche Partition aktiv oder startbar ist. Es kann immer nur eine Partition einer Festplatte aktiv sein. Der Startoptionswert für die aktive Partition wird auf 0x80 gesetzt. Andere Partitionen auf der Festplatte werden auf 0x00 gesetzt. Der Master Boot Record (an anderer Stelle detailliert beschrieben) sucht nach dieser Startoption, um den aktiven Boot-Sektor zu ermitteln.

Starten und Beenden von Seite, Zylinder und Sektor

Die Felder Start- und Endseite, Zylinder und Sektor Felder sind für die Art und Weise der Interaktion zwischen Windows NT und der Festplatte sehr wichtig.

Die maximale Anzahl an Seiten (Lese-/Schreibköpfe), die durch 1 Byte dargestellt werden kann, ist 256. Die maximale Anzahl an Zylindern, die durch 10 Bit dargestellt werden kann, ist 1024. Die maximale Anzahl an Sektoren, die durch 6 Bit dargestellt werden kann, ist 63, weil die Zählung bei Sektoren mit 1 beginnt (im Gegensatz zu Zylindern und Seiten, bei denen die Zählung mit 0 beginnt).

Der durch 10 Bit repräsentierte Zylinderwert ist zu groß, um in einem einzigen Byte dargestellt zu werden. Um 10 Bit zu speichern, werden zwei Bit aus dem Byte genommen, mit dem der 6-Bit-Sektorwert gespeichert wird.

Bei einer Standard-Sektorgröße von 512 Bytes, werden die 24 Bit zur Protokollierung der Start- und Endsektoradressen in eine höchstmögliche Partitionsgröße von 7,8 GB (8,455,716,864 Byte) umgesetzt, die mit diesen Feldern beschrieben werden kann. Dies ist deshalb besonders wichtig, weil die gleichen Feldergrößen auch bei der INT 13 BIOS-Schnittstelle zum Einsatz kommen, die definiert, wie die Interaktion zwischen System-BIOS und Festplatte abläuft.

Relative Sektoren

Die relativen Sektoren stehen für den Offset vom Beginn der Partitionstabelle bis zum Beginn der Partition gezählt in Sektoren.

Anzahl der Sektoren

Die Anzahl der Sektoren gibt die Gesamtzahl der Sektoren innerhalb einer Partition an.

HINWEIS: Die Felder "Relative Sektoren" und "Anzahl der Sektoren" haben jeweils eine Größe von 32 Bit. Unter den meisten Bedingungen enthalten sie dieselben Informationen wie die Werte für Start- und Endseite, Zylinder und Sektor, die durch insgesamt 24 Bit für Starten und 24 Bit für Beenden repräsentiert werden.

Windows NT-Boot-Prozeß

Bei Computern auf Intel-Basis steuert das System-BIOS den anfänglichen Boot-Prozeß des Betriebssystems. Nach dem Power On Self Test (POST), bei dem die Hardwarekomponenten initialisiert werden, identifiziert das System-BIOS das zu bootende Gerät. Hierbei handelt es sich üblicherweise um eine Diskette oder Festplatte. Im Falle einer Festplatte liest das BIOS den ersten physischen Sektor der Festplatte, der als Master Boot Sector (Hauptbootsektor) bezeichnet wird, und lädt eine Kopie dieses Sektors in den Arbeitsspeicher. Das BIOS transferiert die Ausführung dann an diese Kopie des Hauptbootsektors.

Der Master Boot Record enthält die Partitionstabelle und eine geringe Menge ausführbaren Codes. Der ausführbare Code durchsucht die Partitionstabelle und ermittelt die aktive (oder startbare) Partition. Der Master Boot Record findet dann den Startort auf der Festplatte und lädt eine Kopie von dessen erstem Sektor, dem sogenannten Boot-Sektor, in den Arbeitsspeicher. Der Master Boot Record transferiert die Ausführung dann an diese Kopie des Boot-Sektors.

Während der Master Boot Record in der Regel vom Betriebssystem unabhängig ist, ist der Boot-Sektor der aktiven Partition sowohl vom Betriebssystem als auch vom Dateisystem abhängig. Bei Windows NT und Windows NT Advanced Server ist der Boot-Sektor für die Lokalisierung der Programmdatei NTLDR verantwortlich, die den Boot-Prozeß fortsetzt. Die einzigen Festplattendienste, die in dieser Phase des System-Bootens für den Boot-Sektorcode verfügbar sind, werden über die BIOS INT 13-Schnittstelle bereitgestellt. Der Boot-Sektorcode muß in der Lage sein, NTLDR und Dateisystem-Datenstrukturen zu finden, wie z.B. das Stammverzeichnis, die Dateizuordnungstabelle (File Allocation Table = FAT) im Falle eines MS-DOS FAT-Datenträgers oder die Master File Table (Master-Dateitabelle) im Falle eines NTFS-Datenträgers. Diese müssen innerhalb des Bereichs der Festplatte vorliegen, der durch die 24-Bit-Seite-, Zylinder-, Sektorstruktur adressierbar ist und von der BIOS INT 13-Schnittstelle und der Partitionstabelle genutzt wird. Durch diese Faktoren ist die Größe der Systempartition unabhängig vom eingesetzten Dateisystem auf 7,8 Gigabyte begrenzt.

HINWEIS: In Abhängigkeit von Computerhardware und Dateisystem können auch weitere Beschränkungen bestehen, von denen einige nachstehend erörtert werden.

Um Partitionen einrichten zu können, die größer als 7,8 Gigabyte sind, ignoriert Windows NT die Werte in den Start- und Endsektoradressenfeldern der Partitionstabelle zugunsten der Felder "Relative Offset" und "Number Of Sectors". Dadurch stehen weitere acht Bit zur Darstellung von Sektoren zur Verfügung. Durch diese zusätzlichen Bits können Partitionen mit bis zu 2^32 Sektoren beschrieben werden.

Bei einer Standardsektorgröße von 512 Byte ergibt sich durch die 32 Bit zur Darstellung von Relative Offset und Number of Sectors eine maximale Partitionsgröße von 2 Terabyte (2.199.023.255.552 Byte).

Bei der Partitionierung einer Festplatte schreibt Windows NT die korrekten Werte - wann immer dies möglich ist - in die Felder der Partitionstabelle. Übersteigt die Anzahl der Sektoren innerhalb einer Partition den Wert, der in der Schreibweise Seite, Zylinder, Sektor beschrieben werden kann, schreibt Windows NT die maximal zulässigen Höchstwerte in die entsprechenden Felder der Partitionstabelle. Dadurch wird verhindert, daß das System-BIOS die Start- und Endadressen auf der Basis fehlerhafter Daten berechnet.

Lassen Sie uns beispielsweise annehmen, daß Sie ein 3,5 GB-SCSI-Laufwerk haben, das an eine SCSI-Festplatte der Serie Adaptec 154x angeschlossen ist. Wird die erweiterte Sektorenverschiebungsfunktion im Adapter deaktiviert, kann dieser möglicherweise folgende Festplatteneigenschaften an das System-BIOS übermitteln:
   Zylinder: 1023, Seiten: 64, Sektoren: 32,
was etwa 1 Gigabyte entspricht. Bei aktivierter erweiterter Verschiebungsfunktion können folgende Eigenschaften berichtet werden:
   Zylinder: 435, Seiten: 255, Sektoren: 63,
was etwa 3,5 GB entspricht.

Nachdem Windows NT gestartet wurde und aktiv ist, verwendet es die SCSI-Treiber, um direkt und unter Umgehung der BIOS INT 13-Schnittstelle mit der Festplatte zu kommunizieren. Daher sind die BIOS-Parameter im Normalbetrieb weitgehend unwichtig. Die Unterschiede sind jedoch von entscheidender Bedeutung, wenn die Festplatte mit einer einzigen Partition formatiert ist und als Boot-Laufwerk benutzt wird.

Ohne erweiterte Verschiebung bemerkt Windows NT, daß die Festplatte größer ist, als durch die BIOS-Parameter angegeben. Wenn Windows NT das Laufwerk bei der Erstinstallation partitioniert, werden für die Adressen von Start- und Endsektor die höchstmöglichen Werte eingetragen. Dadurch wird die korrekte Funktion des Master Boot Record-Codes gewährleistet, obwohl das Laufwerk eine Kapazität von weniger als 7,8 Gigabyte aufweist.

Mit erweiterter Verschiebung ist Windows NT in der Lage, gültige Werte für die Start- und Endadressen in die Partitionstabelle einzutragen, wodurch die Partition startbar bleibt.

Die folgenden Fehlermeldungen können angezeigt werden, wenn die erweiterte Verschiebung nicht aktiviert ist und der Master Boot Record den Boot-Sektor der aktiven Partition nicht lokalisieren kann:
   Fehler beim Laden des Betriebssystems.
oder
   Fehlendes Betriebssystem.
Dateisysteme

Für FAT und HPFS gelten interne Beschränkungen auf 4 GB die dadurch bedingt sind, daß beide 32-Bit-Felder verwenden, um Dateigrößen zu speichern. NTFS verwendet 64-Bit-Felder für alle Größen. Dadurch können NTFS-Datenstrukturen Volumina von bis zu 2^64 Byte verarbeiten (16 Exabyte oder 18.446.744.073.709.551.616 Byte).

Dieser Wert ist die theoretische Obergrenze des NTFS-Dateisystems. In der Praxis liegt die Obergrenze für eine NTFS-Partition aufgrund der vorstehend beschriebenen maximalen Partitionsgröße bei etwa 2 Terabyte. Da sich die 32-Bit-Felder der Partitionstabelle auf die Anzahl der Sektoren innerhalb einer Partition beziehen, ergeben sich bei Festplatten mit größeren Sektoren größere zulässige Partitionsgrößen. Zur Zeit unterstützt Windows NT Sektorengrößen von bis zu 4 Kilobyte. Bei 4-KB-Sektoren kann Windows NT Partitionen von 16 Terabyte unterstützen. Mit der Verfügbarkeit neuer Hardware- und Softwarekonfigurationen wird NTFS in der Lage sein, auch wesentlich größere Volumina zu verarbeiten.

Laufwerk- und Controller-Typen

IDE-Laufwerke verwenden zur Darstellung der Anzahl von Zylindern, Köpfen und Sektoren pro Spur andere Datenstrukturen als eine Partitionstabelle und eine BIOS INT 13-Schnittstelle. Gemäß der IDE-Spezifikationen ist die maximale Anzahl an Zylindern 65536, an Köpfen 16 und an Sektoren pro Spur 255. Dies ergibt eine maximale Kapazität von 136,9 Gigabyte. Da die BIOS/IDE-Schnittstelle jedoch darauf ausgelegt ist, den kleinsten gemeinsamen Nenner zu benutzen, ergibt sich eine Obergrenze von etwa 528 MB für ein IDE-Laufwerk auf einem Intel-basierten ISA-Bus-Computer. Es gibt neue Laufwerke und Treiber, die eine "Enhanced Drive Parameter Table" verwenden, um Umsetzungen zwischen dem internen Logiksektor-Layout des IDE-Laufwerks und dem von der BIOS INT 13-Schnittstelle adressierbaren Logiksektor-Layout vorzunehmen. Diese Treiber und Geräte unterstützen auch größere Festplatten.

Der SCSI II-Befehlssatz verwendet ein eigenes Format zur Sektorenadressierung, das gegenwärtig Festplatten mit einer Kapazität von bis zu 7 Gigabyte unterstützt.

Fehlertolerante Windows NT-Datenträger

Durch die Verwendung von Datenträgersätzen und Stripe Sets ermöglichen Windows NT und Windows NT Advanced Server die Erstellung logischer Datenträger aus multiplen physischen Festplattenpartitionen. Mit Hilfe dieser Technik kann Windows NT die durch diverse Festplatten-Controller bedingten physischen Hardwarebeschränkungen überwinden und logische Datenträger erstellen, die größer sind als die, die eine einzelne Festplatte selbständig unterstützen kann.

HINWEIS: Ein logischer Datenträger ist so aufgebaut, daß er nur wie eine physische Festplattenpartition aussieht, muß jedoch dem vorstehend beschriebenen Partitionstabellen-Layout entsprechen. Das heißt, daß ein fehlertolerantes Konstrukt, wie z.B. ein Datenträgersatz, nicht mehr als 2^32 Sektoren (oder 2 Terabyte bei 512 Byte pro Sektor) aufweisen darf.

Bitte beachten Sie: Bei diesem Artikel handelt es sich um eine Übersetzung aus dem Englischen. Es ist möglich, daß nachträgliche Änderungen bzw. Ergänzungen im englischen Originalartikel in dieser Übersetzung nicht berücksichtigt sind. Die in diesem Artikel enthaltenen Informationen basieren auf der/den englischsprachige(n) Produktversion(en). Die Richtigkeit dieser Informationen in Zusammenhang mit anderssprachigen Produktversionen wurde im Rahmen dieser Übersetzung nicht getestet. Microsoft stellt diese Informationen ohne Gewähr für Richtigkeit bzw. Funktionalität zur Verfügung und übernimmt auch keine Gewährleistung bezüglich der Vollständigkeit oder Richtigkeit der Übersetzung.

Eigenschaften

Artikel-ID: 114841 - Geändert am: Dienstag, 9. November 2004 - Version: 2.2
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  • Microsoft Windows NT Advanced Server 3.1
  • Microsoft Windows NT Server 3.5
  • Microsoft Windows NT Server 3.51
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Standard Edition
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