Festplattenaufteilung planen (LPIC-1 102.1) – Grundlagen, Best Practices und LVM-Überblick

Einleitung

Jedes Linux-System benötigt Speicherstrukturen, die logisch und nachvollziehbar organisiert sind. Ohne ein durchdachtes Partitionsschema riskieren Administratoren Datenverlust, aufwendige Wartung oder Performanceprobleme. Diese Lektion behandelt die Grundlagen der Partitionierung, den Einsatz typischer Mountpoints, den Nutzen von Swap, die Rolle von Boot- und EFI-Partitionen sowie den Einsatz von LVM (Logical Volume Management) für flexible Speicherverwaltung. Ziel ist es, ein Partitionierungsschema zu entwerfen, das betriebssicher, erweiterbar und praxistauglich ist.

Partitionen und Dateisysteme

Eine Partition ist ein logischer Abschnitt eines physischen Datenträgers. Jede Festplatte benötigt mindestens eine Partition, in der Regel existieren jedoch mehrere. Informationen zu Lage, Größe und Typ werden in der Partitionstabelle gespeichert (MBR oder GPT). Jede Partition enthält ein Dateisystem, das definiert, wie Dateien und Verzeichnisse organisiert sind (z. B. ext4, XFS oder btrfs). Partitionen selbst können nicht auf mehrere Geräte verteilt werden – hier setzt LVM an.

Mountpoints

Um auf ein Dateisystem zuzugreifen, muss es an einem Verzeichnis eingebunden werden. Der Einhängepunkt (Mountpoint) ist der sichtbare Zugang im Verzeichnisbaum.

• / – Root-Dateisystem (immer vorhanden)
• /home – Benutzerverzeichnisse, ideal auf eigener Partition
• /var – Logs, Caches, Datenbanken; separat empfohlen
• /boot – Bootdateien; optional eigenständig
• /media – Standard für entfernbares Medium
• /mnt – traditioneller Mountpoint für manuelles Einhängen

Mountpoints müssen existieren, bevor sie benutzt werden. Enthält ein Verzeichnis Dateien, werden diese durch ein gemountetes Dateisystem verdeckt, bis es wieder ausgehängt wird.

Wichtige Verzeichnisse und Gründe für Trennung

• /boot: Bootdateien und Kernel-Images. Eigenständig sinnvoll bei speziellen Dateisystemen oder Verschlüsselung.
• /home: Persönliche Daten und Konfigurationen der Benutzer. Getrennt erleichtert Neuinstallationen.
• /var: Variable Daten, Logs, temporäre Dateien, Datenbanken. Separat schützt vor Volllaufen des Root-Dateisystems.
• /tmp: Temporäre Dateien, sinnvoll mit restriktiven Mount-Optionen.

Bootpartition und EFI-System-Partition

/boot

Enthält Kernel, initramfs und Bootloader-Dateien. Klassisch oft als erste Partition, historisch bedingt durch BIOS-Limitierungen (< 528 MB). Heute meist optional, aber weiterhin nützlich in Spezialfällen. Typische Größe: ca. 300 MB.

EFI-System-Partition (ESP)

Auf UEFI-Systemen erforderlich. FAT-formatiert, speichert Bootloader und ggf. Kernel-Images. Mountpoint: /boot/efi.

• GPT-GUID: C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B
• MBR-ID: 0xEF

Swap

Swap erweitert den Arbeitsspeicher auf Festplatte. Er kann als Partition (robust) oder Datei (flexibel) bereitgestellt werden.

Praxisempfehlungen

• < 8 GB RAM: etwa RAM-Größe (mind. 2–4 GB)
• 8–64 GB RAM: 4–8 GB; Hibernation: RAM×1,5–2
• > 64 GB RAM: mind. 4 GB; Hibernation meist nicht nötig

# Swap-Datei (Beispiel: 4 GB)
sudo fallocate -l 4G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile
sudo mkswap /swapfile
echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab
sudo swapon -a

Logical Volume Management (LVM)

Grundlagen

• Physical Volume (PV): Partition/Blockgerät
• Volume Group (VG): Bündelung mehrerer PVs
• Logical Volume (LV): Virtuelles Blockgerät (wie Partition nutzbar)

LVM nutzt Extents (Standard 4 MB). Größe eines LV = Extent-Größe × Anzahl Extents.

Vorteile

• Dynamisches Vergrößern/Verkleinern von Volumes
• Flexible Zuweisung von Speicherplatz
• Snapshot-Funktionalität (dateisystemabhängig)

# PV → VG → LV
sudo pvcreate /dev/sdb1
sudo vgcreate vg0 /dev/sdb1
sudo lvcreate -L 10G -n lv_home vg0

# Formatieren & Mounten
sudo mkfs.ext4 /dev/vg0/lv_home
sudo mount /dev/vg0/lv_home /home

# Online vergrößern (ext4-Beispiel)
sudo lvextend -r -L +5G /dev/vg0/lv_home

Geführte Übungen (mit Lösungen)

1. Wo werden die Dateien für GRUB gespeichert? – Unter /boot/grub.
2. Wo sollte die Bootpartition enden, um auf alten PCs sicher zu booten? – Vor Zylinder 1024 (≈ 528 MB).
3. Wo wird die EFI-System-Partition gemountet? – Unter /boot/efi.
4. Welches Verzeichnis wird traditionell für manuelles Mounten verwendet? – /mnt.

Offene Übungen (mit Lösungen)

1. Was ist die kleinste Einheit innerhalb einer Volume Group? – Extent.
2. Wie wird die Größe eines Logical Volume definiert? – Extent-Größe × Anzahl der Extents.
3. Welche ID hat eine EFI-System-Partition im MBR-Schema? – 0xEF.
4. Wie kann Swap schnell ohne Partition vergrößert werden? – Durch eine Swap-Datei.

Zusammenfassung

• Partitionierung strukturiert physische Datenträger in logische Bereiche.
• Mountpoints bestimmen, wo Dateisysteme im Verzeichnisbaum erscheinen.
• /home, /var, /boot profitieren häufig von eigener Partitionierung.
• Swap unterstützt Speicherauslagerung, als Partition oder Datei.
• UEFI benötigt eine ESP; BIOS-Systeme nutzen optional eine /boot-Partition.
• LVM ermöglicht flexible Speicherverwaltung durch PVs, VGs und LVs.

Wissensprüfung: 10 Multiple-Choice-Fragen

1. Wo liegen GRUB-Dateien?
   • A) /etc/grub
   • B) /boot/grub
   • C) /usr/share/grub
   • D) /grub
2. Wofür steht die Abkürzung ESP?
   • A) Extended Storage Partition
   • B) EFI System Partition
   • C) External Swap Partition
   • D) Enhanced System Page
3. Welcher Mountpoint ist Standard für USB-Sticks auf modernen Systemen?
   • A) /mnt
   • B) /media/USER/LABEL
   • C) /var/tmp
   • D) /boot/usb
4. Welche Aussage zur alten BIOS-Beschränkung ist korrekt?
   • A) 528 GB
   • B) 528 MB
   • C) 1024 GB
   • D) 1024 MB
5. Welche Dateien liegen typischerweise in /var?
   • A) Kernel-Images
   • B) Logs und Caches
   • C) Benutzerdateien
   • D) Home-Verzeichnisse
6. Was ist die kleinste Einheit im LVM?
   • A) Block
   • B) Volume
   • C) Extent
   • D) Sector
7. Welche ID hat die EFI-Partition bei MBR?
   • A) 0x07
   • B) 0x82
   • C) 0x83
   • D) 0xEF
8. Welcher Befehl erstellt ein Physical Volume?
   • A) mkpv
   • B) pvcreate
   • C) vgcreate
   • D) lvcreate
9. Welche Mountoptionen erhöhen die Sicherheit von /tmp?
   • A) defaults
   • B) nodev,nosuid,noexec
   • C) rw,suid,exec
   • D) async
10. Welcher Vorteil bietet LVM?
    • A) Schnellere Bootzeiten
    • B) Automatisches Partitionieren beim Kernel-Update
    • C) Flexible Größenänderung und Snapshots
    • D) Pflicht für UEFI-Systeme

Antworten und Begründungen

1. B – Bootloader-Dateien liegen unter /boot/grub.
2. B – ESP = EFI System Partition.
3. B – Automatisches Mounten erfolgt i. d. R. unter /media/USER/LABEL.
4. B – BIOS-Beschränkung lag bei ca. 528 MB.
5. B – Logs, temporäre und variable Daten gehören nach /var.
6. C – Extents sind die kleinste Einheit.
7. D – MBR-Partitionstabelle markiert EFI mit ID 0xEF.
8. B – pvcreate initialisiert ein Physical Volume.
9. B – Restriktive Mount-Optionen verhindern Missbrauch.
10. C – LVM bietet flexible Speicherverwaltung inkl. Snapshots.