Festplattengeometrie für Anfänger (Warum Partitionen langsam sind)

Das soll jetzt ein eher Bildliches Anschaungstutorial werden über Festplatten, da viele sich Wundern warum Partitionen langsam sind. Das ganze auf Wikipedia etc. ist doch für den einen oder anderen manchmal sehr schwer nachzuvollziehen und leider Gottes gibt es viele Leute hier im LP Forum die das Ausmaß nicht so recht verstanden haben. Und die möchte ich damit jetzt aufklären mit ganz einfachen und leicht zu verstehenden Bildern und Worten.

1. Wie ist eine [lexicon]Festplatte[/lexicon] überhaupt aufgebaut?
Eine Festplatte besteht aus 3 Komponenten. Einen oder mehreren Zylindern, einen oder mehrern Schreibköpfe und einen Rotor auf denen sich die Zylinder befinden.
Die Zylinder werden Datentechnisch in Spuren und Sektoren aufgeteilt.

Mehrere Sektoren bilden ein Cluster.

2. Anordnungen von Partitionen
Partitionen wie C, D, E usw. werden auf einer Festplatte von Außen nach innen angeordnet. Angefangen mit dem Master Boot Record (MBR) gefolgt vom Bootsektor der einzelnen Partitionen. Je nach dem wie groß jede einzelne Partition ist, nährt sie sich Spur für Spur den inneren Bereich der Festplatte.
Auch mit der Ablösung des Bios durch UEFI wird der MBR Track aus Kompatibilitätsgründen geschrieben, obwohl dieser dann nicht mehr genutzt wird.

3. Was machen Partitionen so Langsam?
Wir wissen bereits das Partition C, D, E usw. auf einer einzigen [lexicon]Festplatte[/lexicon] arbeiten müssen.
C ist hierbei die Primäre Partition
Wobei D und E erweiterte logische Partitionen sind.

Partitionen werden unter Windows als Laufwerk difiniert und haben die Bezeichnung C:\, D:\, E:\ usw. Dennoch können unter Umständen weitere Partitionen existieren wie z.B. eine Linuxpartition die Windows nicht erkennen würde. Hier spielt das Dateisystem eine wichtige und entscheidene Rolle. Dateisysteme wie NTFS, FAT32, FAT16, etc. haben bestimmte Anordnungsmuster für Sektoren und gemeinsame Cluster. Wird die Zuordnugsanzahl überschritten vom vordifinierten Dateisystem wird die Partition nicht erkannt. Auch die Speicherung von Daten hat eine wichtige Rolle hierbei. So ist es Möglich bei NTFS formatierten Dateisystemen eine Dateigröße von 16 TiB zu erzeugen wenn man das möchte. Worauf bei FAT32 die 4GB nicht überschritten werden darf.

Die Frage warum es jetzt langsamer wird liegt auf der Hand. Der Lesestift rattert jetzt in bruchteilen von Milisekunden rauf und runter. Sprich Spur für Spur bei einer kompletten Umdrehung. Das kann man sich am besten mit einer Schallplatte vorstellen wo die Nadel langsam aber sicher zur Mitte hinwandert. Das macht die [lexicon]Festplatte[/lexicon] halt in bruchteilen von Millisekunden parallel zu den anderen Zylinder die sich drauf befinden. Deswegen arbeitet jede [lexicon]Festplatte[/lexicon] parallel zu jedem Zylinder und erleichtert sich somit den enormen Aufwand an Geschwindigkeit.

Es gibt einige Schreibverfahren heute die weitaus besser sind als damals und Methoden die [lexicon]Festplatte[/lexicon] schneller und effektiver arbeiten zu lassen. Aber das Grundsystem bleibt soweit trotzdem erhalten.

Der Weg von Partition C zu D und zu E hat einen Weg und feste Positionen auf der Platte die erst erreicht werden müssen. Hinzu kommt das der Lesekopf jeder Scheibe entweder nur lesen kann oder nur schreiben. Am effektivsten ist es wenn nur eins von beiden geschieht.

Bei einer [lexicon]Festplatte[/lexicon] mit 3 Partitionen die ich jetzt mal bewusst aufteile in Windows, Spiele und Aufnahme passiert folgendes:
Windows arbeitet als Betriebssystem und muss sowieso jedesmal auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon] schreiben und lesen. Allein schon wegen Cache oder Spielstände, Speicherabbilder, Fehlermeldungen und halt die benötigten Systemdatein um die Windowsfunktion am laufenden zu halten. Sowas wie [lexicon]Grafikkarte[/lexicon], Mauszeiger, DirectX etc.
Die Spielepartition liest auf Laufwerk D jetzt nur die Spieldaten und einige Systemdaten von Laufwerk C um es überhaupt zu starten.
Allein bei solchen Aktionen macht die [lexicon]Festplatte[/lexicon] Glanzleistung heutzutage, denn es hängt vom Spiel auch ab wie groß oder wieviel Datein gelesen werden müssen.
Jetzt kommt aber noch die Aufnahme Partition hinzu die einen riesigen Schreibaufwand bewältigen muss wenn man lossless aufnimmt. 3 Minuten für 2 GB sind schon enorm.

Jetzt arbeitet die [lexicon]Festplatte[/lexicon] mit 100% Sicherheit auf absoluten Höstleistungen und kann in Form von Zusammenbrüchen des Systems führen. Folgen sind dann: Spiel laggt, Aufnahme ruckelt oder macht Framejumps und das ganze Windows System (Sofern diese [lexicon]Festplatte[/lexicon] betroffen ist) wird dadurch extrem langsam.

4. Was wäre das allerbeste um Let's Plays zu machen?
Das allerbeste wäre alles Festplattenbedingt zu machen. Sprich das Laufwerk C:\ für Windows eine [lexicon]Festplatte[/lexicon] bildet, Laufwerk D:\ für Spiele eine und Laufwek E:\ für Aufnahmen eine eigene [lexicon]Festplatte[/lexicon] bekommen. Somit ist Sichergestellt das jede [lexicon]Festplatte[/lexicon] optimal arbeitet, weil diese damit entlastet sind. Somit ist die Windows [lexicon]Festplatte[/lexicon] nur damit beschäftigt für Windows selbst die Datein zu lesen und zu schreiben, die Spiele [lexicon]Festplatte[/lexicon] in der Regel nur lesen muss und die Aufnahmefestplatte nur schreiben muss. Und keine [lexicon]Festplatte[/lexicon] müsste dann durch Partitionen auf eine [lexicon]Festplatte[/lexicon] schreiben und arbeiten. Der Rest hängt dann nur noch von der [lexicon]CPU[/lexicon] und der [lexicon]Grafikkarte[/lexicon] ab. Nicht mehr von der [lexicon]Festplatte[/lexicon].

Der Kauf einer ordentlichen [lexicon]Festplatte[/lexicon] lohnt sich immer und auch die Verbindung sollte Optimal sein. USB 3 oder direkt am Mainbord angeknüpft. Für eine schnelle Übertragungsrate. Eine schnelle [lexicon]Festplatte[/lexicon] gibt den letzten Schliff.

Letzt Worte:
Wie ganz oben schon angesprochen soll es jedem auch Bildlich Verständlich gemacht werden dadurch, deshalb bitte ich um Entschuldigung wenn das bereits gesagte nicht zu 100% übereinstimmt mit der Wirklichkeit. Es soll halt dazu dienen es jedem unwissenden zu erklären wie sowas abläuft. Natürlich fehlen viele Fakten hier. Aber würde ich diese noch nennen würde es wieder nur Fragen aufwerfen. Es ist nur eine Abstrakte Darstellung und Erklärung wie sowas abläuft Ich könnte noch viel mehr dazu sagen und schreiben, was aber eh keiner mehr verstehen würde und es nur wieder zu Debatten kommt. Falls einer von euch bestimmte Sachverhalte besser und einfacher darstellen und erklären kann, nur zu

@zu VikingGe: Und trotzdem hast du das gleiche jetzt nur ausführlicher geschildert. 3 Partitionen auf einer Platte führen zur Extremarbeit der einzelnen [lexicon]Festplatte[/lexicon] mit den 3 Partitionen. Was höst ineffektiv ist. Der Aufwand den die Platte betreiben müsste währe zu hoch. Die Sprünge betragen zwar nur Millisekunden, aber du musst ja auch dran denken: Windows schreibt und ließt seine Datein (Sprich Laufwerk C ist ständig dabei), Laufwerk D kann schon ganz woanders sitzen auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon] und muss da die Spieldaten lesen. Dann auf der 3ten Partition die in der Mitte sitzt des Zylinders muss geschrieben werden.

Das schreiben einer großen Datei macht den Lesekopf nicht grad Optimal zum lesen und schreiben. Optimal wäre es wenn er nur lesen müsste. Sprich Windows und Spiel auf einer [lexicon]Festplatte[/lexicon] und die Aufnahmen auf einer enderen [lexicon]Festplatte[/lexicon].

Wenn ich aber nur EINE [lexicon]Festplatte[/lexicon] habe, dann wäre es Optimal wenn die letzte Partition die Aufnahmepartition bildet, da diese nah der Mitte des Zylinders angelegt wird und somit schneller geschrieben werden kann.

Währe die Aufnahmepartition das Windows Laufwerk, dann währe das auch recht Suboptimal, da der Kopft nur am Rand schreiben müsste.

Partitionen bremsen wirklich das ganze aus. Jedenfalls was das gleichzeitige Benutzen von Programmen bedeutet. Jeweils die innere Spur, sprich die letzte Partition der [lexicon]Festplatte[/lexicon] arbeit am schnellsten.

Zitat von VikingGe

Und an deinem Beitrag stört mich etwas, dass das nirgendwo wirklich klar wird. Partitionen auf einer einzelnen Platte machen das System eben nicht zwangsläufig langsam - was man schon bei der Überschrift durchaus denken könnte. Mehrere Festplatten sind nur einfach besser und spätestens bei 1080p notwendig für flüssige Aufnahmen. Das nur so als Kritik.

Kann ich dir gern wiederlegen. Wenn du dir das dritte Bild mal bitte anschaust oben, dann ist die Partition in der Mitte die schnellste, während die äußere die Langsamste bildet. In Windows selbst merkst du das nicht, da bereits Windows selbst am äußersten Rand arbeitet und somit das langsamste ist. Bedeutet die inneren Partitionen sind leer und weit aus effektiver. Jetzt hast du aber Windows und sagen wir mal ein Spiel drauf. Windows auf Partition C und das Spiel auf D.
Windows arbeitet ununterbrochen wie bereits gesagt und muss ständig lesen und schreiben. Sprich es ist immer aktiv. Das bremmst sozusagen die andere Partition schon aus und kann diese genauso schnell oder halt sogar langsamer machen als die C Partition. Du musst ja auch noch bedenken das der Wechsel zwischen Schreiben und Lesen gewechselt werden muss durch die Windows Partition. Allein das bremmst die anderen Partitionen schon aus. Läuft das Spiel auf D würde Laufwerk E weiter ausgebremmst werden. Der Lese und Schreibkopf muss jetzt nicht nur die Positionen finden auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon], sondern zwischen Schreiben und Lesen wechseln und das in Millisekunden. Das macht Partitionen halt langsam unter sich.
Hätte ich vllt erwähnen sollen

Zitat von VikingGe

Was zum Henker macht ihr alle mit euren Betriebssystemen wenn ich ganz normal am Zocken bin und das Spiel selbst gerade nichts von der Platte lädt oder Steam irgendetwas herunterlädt, ist die Platte praktisch inaktiv, bis auf ein paar kleinere Bursts ab und zu mal...

Wir machen gar nix mit unseren Betriebsystemen, dein Windows arbeitet nun mal unaufhörsam und gibt Schreibbefehle sowie Lesebefehle an die [lexicon]Festplatte[/lexicon]. Dein Windows soll ja nicht nur vom RAM am leben erhalten werden, sondern muss Daten senden die gebraucht werden und Daten die geschrieben werden müssen. Und wenn es nur Log Files sind. Man bemerkt es nicht das Windows arbeitet und Datein ließt bzw schreibt. Aber das macht Windows nun mal andauernt. Es ist auch nicht viel, aber von Bedeutung.
Wenn ich dran denke das manche ne Rhuezustandsfunktion nutzen oder ein Cache geschrieben wird oder Temporäre Datein, dann findet das meist auf Laufwerk C statt. Selbst der Virtuelle Arbeitsspeicher wird Standartgemäß auf Laufwerk C festgelegt und wird automatisch bezogen. Ein ständiger Schreib und Lesezugriff.

Man würde es heutzutage eher auf älteren Festplatten merken wenn du da Spiele mit zocken würdest. Die Spiele ruckeln dann auf der selben [lexicon]Festplatte[/lexicon] wo auch Windows mit drauf ist. Auch wenn das Spiel auf einer anderen Partition der Platte liegt. Auf einer anderen Platte spielt sich das Spiel Ruckelfrei dann.

Aber wie gesagt, heutige Platten sind schon soweit voraus das ihr das gar nicht mitbekommt mehr. Ich hab das früher des öfteren gespürt auf nem DOS Rechner mit einer sehr kleinen [lexicon]Festplatte[/lexicon].

Man merkt halt doch schon die Unterschiede zwischen der Technologiestufe von damals und heute. Ihr bekommt das heute alles gar nicht mehr so mit. Und trotzdem sind solche Faktoren manchmal sehr entscheident.

Bei mir läuft Crysis sehr schlecht auf meiner Mühle die ich habe. Sprich es laggt wenn ich es auf meiner D Partition habe die sich mit der C Partition wo Windows drauf ist eine [lexicon]Festplatte[/lexicon] teilt.
Komischerweise läuft Crysis bei mir Laggfrei, wenn ich es auf einer externen [lexicon]Festplatte[/lexicon] installiere die genau die gleichen Eigenschaften aufweist wie die eingebaute [lexicon]Festplatte[/lexicon].

Ich hoffe man konnte das jetzt verstehen.

@zu VikingGe: Ich bin mir sicher das das alles zustimmen mag und ich könnte mit dir auch darüber sehr gerne Debattieren, aber das würde den Rahmen sprengen hier. Ich hab auch gesagt es soll das Grundgerüst verständlich machen erst mal. Du hast recht das da noch mehr passiert auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon] um mal auf diese Fragmentierung zurückzukommen. Das wollte ich nun aber nicht so Ausführlich hier beschreiben weil sonst nur wieder Verwirrung gestifftet wird.
Das Windows nicht nur jeweils ein paar KB schreibt etc. ist auch soweit richtig.
Wir müssen aber davon auch ausgehen das der DAU nicht weiß was er umzustellen hat an sein System um die Windows Partition zu entlasten. Somit wird vermutlich fast jeder User unnötige Dienste und Anwendungen im Hintergrund laufen haben und auch sonstigen Schnickschnack was das System RAM Spezifisch und Festplattenspezifisch ausbremsen wird. Da ich aber selbst nicht von jedem verlangen kann das er sein Betriebsystem nicht so nutzen soll wie eine Spielkonsole werden die meisten halt den Standartmist drin haben.

Zitat von VikingGe

Mal ab davon, dass ich den Zusammenhang zwischen [lexicon]Festplatte[/lexicon] und FPS im laufenden Spiel nach wie vor nicht nachvollziehen kann und mich das doch sehr wundern würde - ich meine, ich sitze auch nicht erst seit gestern am PC und zwischen meiner Barracuda und der alten WD-Platte liegen spürbar Welten, FPS-Unterschiede gabs trotzdem exakt 0 - ich hab auch nie gesagt, dass 2 Platten nicht schneller wären als eine, ich habe hier die ganze Zeit von einer Platte geredet. Und wenn du Crysis jemals von C laufen lassen solltest, wirst du wahrscheinlich keinen Unterschied feststellen, aber schneller wird es dadurch auf keinen Fall.

Die Unterschiede fallen erst auf wenn bestimmte Limits erreicht sind. Die FPS würde sinken wenn entweder die [lexicon]Grafikkarte[/lexicon] nicht mehr her gibt, die [lexicon]CPU[/lexicon] und einige andere Faktoren. Darunter auch die [lexicon]Festplatte[/lexicon]. Wenn das Spiel auf der ersten schon mit 60FPS lief, wird sie vermutlich auch auf der neuen Platte mit 60FPS abspielen.
Mein Crysis allerdings bekam Laggs weil das Spiel mit 40 - 57 gelaufen ist. Mein Schwäche Faktor liegt nicht nur an der [lexicon]Grafikkarte[/lexicon] und am Speicher, sondern auch an der Geschwindigkeit der Platte. Um diese nicht zusätzlich zu beanspruchen hab ich es halt auf eine externe Platte installiert und die FPS waren im Rahmen von 50 - 60 FPS. Also recht flüssig. Nicht aber 100% Flüssig. Die nächsten Faktoren wären [lexicon]Grafikkarte[/lexicon] und Speicher gewesen.

Und Partitionen können schnell arbeiten. Sofern diese auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon] einzeln angesprochen werden und nicht gleichzeitig. Effektiv wäre es wenn sich das Betriebssystem auf der inneren Spur befindet. Sprich auf der letzen Partition und die anderen Sachen jeweils auch auf der inneren Spur auf jeweils eine [lexicon]Festplatte[/lexicon]. So läuft das aber leider nicht.

Ich möchte hier wirklich nicht den Rahmen sprengen. Weil ich weiß genau wie du auch das noch weitaus mehr Faktoren eine Rolle spielen. Für das Grundgerüst ist die Erklärung aber ausreichend. Und ich selbst hab mit den Urschleim damals angefangen und weiß was noch alles dazugehört damit Festplatten langsamer oder schneller arbeiten. Aber für die, die sich halt nicht auskennen, sollte dieses Tutorial als Grundlage dienen. Wer mehr wissen will darüber kann sich auch auf den Wikipedia Seiten sich anlesen, sofern er das alles verstehen kann. Ist auch gut erklärt dort. Und es gibt einige andere Seiten wo das ausführlicher Behandelt wird. Für den Rahmen von LP allerdings sollte man hier nicht zu sehr ins Detail gehen. Ansonsten hätte ich noch andere Sachen angesprochen hier wo dann keiner mehr mitkommt. Und solche Debatten wollte ich vermeiden damit. Deshalb hab ich diese auch nicht angesprochen.

Zitat von VikingGe

Deswegen nur nochmal eine Sache zu den FPS und der Festplatte: Ich hab Crysis nie gespielt, aber die Platte kann ja nur dann ein Flaschenhals sein, wenn die gerade auch benutzt wird. Und es gehört eigentlich nicht zum guten Ton, ständig Dateien nachzuladen. Und ich kenne auch kein Spiel, das das tut - Crysis habe ich allerdings nicht gespielt. Und selbst in Skyrim kann man doch ziemlich weit ohne einen einzigen HDD-Zugriff laufen, und das Spiel hat ja nun wirklich nicht gerade wenig an Daten. Gut, wenn das gerade so nen Burst hat, weil man mit nem Pferd quer durch die Welt heizt, dann ruckelt es auch schonmal stellenweise. Aber das ist ja auch irgendwann wieder vorbei. Deswegen finde ich es immer wieder lustig, wenn jemand seiner [lexicon]Festplatte[/lexicon] magische, FPS verbessernde Kräfte zuspricht oder am besten noch ankommt "yoyoyo bau dir ne [lexicon]SSD[/lexicon] ein gibt 3x so viele Frames!!!einseins" - nichts persönliches, ich kann es nur aus eigener Erfahrung einfach nicht bestätigen.

Ist schon richtig. Magie ist hier keines Falls am Werke. Du kannst ja auch mit Defragmentierungen ein Spiel besser zum Laufen bekommen. Sprich die Dateianordnung sortieren lassen. Damit besser und schneller gelesen werden kann. Damals auf meiner ganz alten Mühle konnte ich GTA2 nur Ruckelfrei zocken, wenn die [lexicon]Festplatte[/lexicon] defragmentiert wurde. Damit die Daten einfach schneller gelesen werden konnten und die [lexicon]Festplatte[/lexicon] besser arbeiten konnte.

Bei Crysis ist eigentlich genau das gleiche bei mir. Ich weiß das ich geschrieben habe die das die FPS steigt. Aber das hat damit zu tun wie gut gelesen werden kann von der [lexicon]Festplatte[/lexicon]. Sprich wenn Stellen nachgeladen werden wie Texturen etc., dann läd er wohl oder Übel Datein um diese aufzurufen um sie dann in den Zwischenspeicher zu kloppen. Wenn die Datein aber nun sonstwo auf der [lexicon]Festplatte[/lexicon] verstreut sind in einer Partition kann es halt zum laggen kommen bei langsamen Festplatten. Sprich die FPS geht kurz runter, weil er die benötigte Information nicht schnell genug laden kann um sie dann zu verarbeiten. Das laden dauert so lange an bis die Datei verarbeitet ist und die Karte weitergerendert hat. Wenn die [lexicon]Festplatte[/lexicon] aber schon was anderes schreibt oder ließt, dann dauert der Vorgang länger, selbst bei einer Defragmentierten [lexicon]Festplatte[/lexicon]. Folge sind dann laggs weil er nicht schnell genug laden kann. Heißt die FPS geht dann schon mal kurz in den Keller.

Anders als wenn eine [lexicon]Festplatte[/lexicon] ungenutzt ist und defragmentiert. Die ladegeschwindigkeit ist nun so optimal das sie auch ununterbrochen verarbeitet werden kann. Folge ist dann das die Laggs verschwinden.

Wie gesagt, das ist bei Spielen wo die Festplattengeschwindigkeit ihr Limit erreicht. Da könnte man noch so ein tollen Rechner haben, wenn die [lexicon]Festplatte[/lexicon] nicht mehr hergibt damit es schnell genug verarbeitet wird. Sprich der Rechner kann es super verarbeiten und Darstellen. Die [lexicon]Festplatte[/lexicon] brauch aber Zeit um die Gewünschten Infos zu senden. Je mehr Datein beansprucht werden, desto langsamer wird das Spiel. Ist nun mal so. Da kannste mir schon glauben.

Ich bin kein Magier. Es handelt sich um Logik die man verstehen sollte. Und die Frames können nur sehr minimal verbessert werden durch Defragmentierung und durch Arbeiten einer einzelnen [lexicon]Festplatte[/lexicon]. Und mit Minimal meine ich vllt. 2 Frames. Und das könnte meist auch schon der entscheidene Faktor sein.

Wenn ich immer schon höre das man sonst was für Geschwindigkeiten brauch um LPs aufzunehmen. Meine interne [lexicon]Festplatte[/lexicon] schaffen nur 26-27MB/s , genauso wie meine externen Festplatten, da diese auch noch mit USB 2 betrieben werden. Wie gesagt, mein Rechner ist nicht grad der beste. Aber es ist merkwürdig das ich viele Games in 720p sogar aufnehmen kann mit [lexicon]Lagarith[/lexicon] oder [lexicon]FRAPS[/lexicon] und zwars Laggfrei sogar. Wo andere sich die Zähne ausbeißen und fragen warum das bei ihnen laggen tut. Ich hab nun mal Schwache Festplatten, auch durch diese Vernetzung mit USB 2 ist das alles recht Suboptimal. Laggfrei kann ich es erst machen, wenn getrennt wird und jede [lexicon]Festplatte[/lexicon] für ein System arbeitet. Damit diese zwars am Limit sind, aber sich untereinander nicht in die Quere kommen.

Ich sag nur das die [lexicon]Festplatte[/lexicon] ein Teil für die FPS darstellt. Fällt aber für gewöhnlich sehr Gering aus. 1 oder 2 FPS. Ist die [lexicon]Festplatte[/lexicon] nicht das Problem, sind es andere Elemente die an der FPS zerren. [lexicon]Grafikkarte[/lexicon] etc. Wenn die [lexicon]Festplatte[/lexicon] vor dem Einbau genauso gearbeitet hat ohne FPS Unterschied wie zur neuen anderen [lexicon]Festplatte[/lexicon], dann liegt es nicht an der [lexicon]Festplatte[/lexicon], sondern eher an der Verarbeitung des Rechners.