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Zusammenfassung mehrerer Datenblöcke Was ist ein Cluster?

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

Im Storage-Umfeld steht der Begriff Cluster für die logische Zusammenfassung mehrerer Datenblöcke eines Datenspeichers. Diese logische Einheit ist die kleinste adressierbare Einheit eines Dateisystems. Kleine Dateien belegen mindestens eine, größere Dateien mehrere oder viele dieser Einheiten. Typische Clustergrößen der verschiedenen Dateisysteme liegen zwischen 512 und 32.768 Byte.

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Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Der Begriff Cluster wird im Computerumfeld in verschiedenen Zusammenhängen verwendet. Im Storage-Bereich ist ein Cluster, auch Zuordnungseinheit genannt, die logische Zusammenfassung mehrerer Datenblöcke eines Datenspeichers wie einer Festplatte. Da ein Dateisystem nicht auf einzelne Bits und Bytes einer Festplatte zugreifen kann, werden logische Zusammenfassungen von Datenblöcken verwendet.

Eine Clustereinheit ist für das Dateisystem die kleinste adressierbare Einheit, auf die nur vollständig zugegriffen werden kann. Typische Clustergrößen der verschiedenen Dateisysteme liegen zwischen 512 und 32.768 Byte. Eine Datei belegt abhängig von ihrer Größe mindestens eine Clustereinheit. Größere Dateien benötigen mehrere oder viele ganzzahlige Mengen dieser Zuordnungseinheiten.

Werden viele sehr kleine Dateien auf einer Festplatte mit großen Clustern gespeichert, kann die Speicherplatzausnutzung ineffizient werden. Dateisysteme wie FAT16, FAT32 oder NTFS können maximal jeweils unterschiedliche viele Zuordnungseinheiten verwalten. Aus dieser maximalen Zahl und der Größe der Zuordnungseinheiten ergibt sich die maximale Größe des Dateisystems.

Zusammenhang zwischen Spuren, Sektoren, Blöcken und Clustern einer Festplatte mit magnetischer Aufzeichnungstechnik

Herkömmliche Festplatten mit rotierenden Magnetscheiben speichern Informationen auf konzentrischen Spuren, die während der Rotation der Magnetscheibe vom Schreib-/Lesekopf mit einer Folge von Nullen und Einsen magnetisiert werden. Die Magnetscheiben sind in der Regel beidseitig mit vielen tausend Spuren beschrieben. Die Spuren selbst sind in logische Abschnitte unterteilt. Diese werden als Blöcke bezeichnet.

Die typische Blockgröße einer Festplatte ist 512 Byte. Die Zusammenfassung der Blöcke eines bestimmten Winkelabschnitts einer Magnetscheibe ist der Sektor. Cluster bestehen aus einer geraden Anzahl von Blöcken der gleichen Spur aufeinanderfolgender Sektoren.

Zusammenhang zwischen Größe eines Clusters und Speicherplatznutzung

Die Dateien einer Festplatte belegen immer eine ganzzahlige Menge von Clustern. Bei der Festlegung der Clustergröße eines Dateisystems sind zwei gegensätzliche Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Große Cluster beschleunigen den Zugriff und das Laden oder Speichern großer Dateien, haben aber eine ineffiziente Festplattenauslastung zur Folge, da die jeweils letzte Clustereinheit einer Datei immer nur teilweise belegt ist und einen bestimmten Speicherplatz ungenutzt lässt. Kleine Clustergrößen verschwenden weniger Speicherplatz, erhöhen aber die Zugriffs- und Lade- oder Speicherzeiten der Dateien.

Größe eines Clusters im Dateisystem und maximale Anzahl der Zuordnungseinheiten

Die maximal mögliche Clusteranzahl hängt vom jeweiligen Dateisystem ab. Während das Dateisystem FAT16 nur maximal 65.524 Zuordnungseinheiten verwalten kann, erlaubt das FAT32-Dateisystem bis zu 268.435.456 und das NTFS-Dateisystem zwei hoch 64 Cluster. Aus der gewählten Clustergröße des Dateisystems und der maximalen Clusteranzahl ergibt sich die maximale Speichergröße des Dateisystems.

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