FAT32檔案系統詳解

   硬碟是用來儲存資料的，為了使用和管理方便，這些資料以檔案的形式儲存在硬碟上。任何作業系統都有自己的檔案管理系統，不同的檔案系統又有各自不同的邏輯組織方式。例如：常見的檔案系統有FAT，NTFS，EXT，UFS，HFS+等等。作者後面的文章會一一講到，下面就來學習一下基於Windows的FAT32檔案系統。

FAT32檔案系統由DBR及其保留扇區，FAT1，FAT2和DATA四個部分組成，其機構如下圖：

這些結構是在分區被格式化時建立出來的，含義解釋如下：

DBR及其保留扇區：DBR的含義是DOS引導記錄，也稱為作業系統引導記錄，在DBR之後往往會有一些保留扇區。

FAT1：FAT的含義是檔案配置表，FAT32一般有兩份FAT，FAT1是第一份，也是主FAT。

FAT2：FAT2是FAT32的第二份檔案配置表，也是FAT1的備份。

DATA：DATA也就是資料區，是FAT32檔案系統的主要區域，其中包含目錄地區。

一、分析FAT32檔案系統的DBR

   FAT32檔案系統的DBR有5部分組成，分別為跳轉指令，OEM代號，BPB，引導程式和結束標誌。如下圖是一個完整的FAT32檔案系統的DBR。

跳轉指令：本身佔2位元組它將程式執行流程跳轉到引導程式處。

OEM代號：這部分佔8位元組，其內容由建立該檔案系統的OEM廠商具體安排。

BPB：FAT32的BPB從DBR的第12個位元組開始，佔用79位元組，記錄了有關該檔案系統的重要訊息，各參數解釋如下表：

FAT32檔案系統在DBR的保留扇區中安排了一個檔案系統資訊扇區，用以記錄資料區中空閑簇的數量及下一個空閑簇的簇號，該扇區一般在分區的1號扇區，也就是緊跟著DBR後的一個扇區，其內如下：

各參數解釋如下：

引導程式碼：FAT32的DBR引導程式佔用420位元組，對於沒有安裝作業系統的分區來說這段程式是沒有用處的。

結束標誌：DBR的結束標誌與MBR，EBR的結束標誌相同，為“55 AA”。

二、分析FAT32檔案系統的FAT表

FAT1的內容如下：

由於分區格式化之後沒有寫入太多的資料，所以FAT項很少。

FAT表結構及作用

1、FAT32檔案一般有兩份FAT，他們由格式化程式在對分區進行格式化時建立，FAT1是主，FAT2是備份。

2、FAT1跟在DBR之後，其具體地址由DBR的BPB參數中指定，FAT2跟在FAT1的後面。

3、FAT表由FAT表項構成，我們把FAT表項簡稱FAT項，每個FAT項佔用4位元組。

4、每個FAT項都有一個固定的編號，這個編號從0開始。

5、FAT表項的前兩個FAT項為檔案系統保留使用，0號FAT為介質類型，1號FAT為檔案系統錯誤標誌。

6、分區的資料區中每個簇都會映射到FAT表中的唯一一個FAT項，因為0號FAT和1號FAT被系統佔用，使用者的資料從2號FAT開始記錄。

7、如果某個檔案佔用很多個簇，則第一個FAT項記錄下一個FAT項的編號（既簇號），如果這個檔案結束了，則用“0F FF FF FF”表示。

8、分區格式化後，使用者檔案以簇為單位存放在資料區中，一個檔案至少佔用一個簇。

9、FAT的主要作用是標明分區儲存的介質以及簇的使用方式。

定位FAT絕對位置的方法如下：

1、首先從MBR的分區表中得知分區的起始扇區，位移到此扇區。

2、從DBR的BPB中得知DBR的保留扇區數，FAT表的個數，FAT表的大小。

3、因此FAT1=分區起始扇區+DBR保留扇區，FAT2=分區起始扇區+DBR保留扇區+FAT1。

三、分析FAT32檔案系統的資料區

資料區的位置在FAT2的後面，具體定位方式如下；

1、通過MBR中的分區表資訊得知分區的起始位置。

2、通過分區中DBR得知DBR的保留扇區數以及FAT表的大小，FAT表的個數。

3、通過上面的資訊就可以找到資料區的起始位置，根目錄=資料區的起始扇區+（簇大小*2）。

資料區的類容主要由三部分組成：根目錄，子目錄和檔案內容。在資料區中是以“簇”為單位進行儲存的，2號簇被分配給根目錄使用。

根目錄的定位方式為：根目錄=分區起始扇區+DBR保留扇區+（FAT表*2）+（簇大小*2）

FAT32檔案系統中，分區根目錄下的檔案和目錄都放在根目錄區中，子目錄中的檔案和目錄都放在子目錄區中，並且沒每32個位元組為一個目錄項，每個目錄項紀錄著一個目錄或檔案（也可能是多個目錄項記錄一個檔案或目錄），如上圖所示就是一個目錄項。

在FAT32檔案系統中，目錄項可以分為四類：卷標目錄項、“.”和“..”目錄項、短檔案名稱目錄項、長檔名目錄項。

卷標目錄項：卷標就是分區的名字，可以在格式化分區時建立，也可以隨意修改，長度為11位元組。

“.”和“..”目錄項：“.”表示目前的目錄，“..”表示上一層目錄。這兩個目錄項多存在子目錄中。

短檔案名稱目錄項：所謂短檔案名稱既檔案名稱的“8.3”格式，此格式支援主檔案名不能超過8位元組，副檔名不能超過3位元組。短檔案名稱目錄始終存放在一個目錄項中。

短檔案名稱的各參數解釋如下：

其中關於時間的表達方式如下：

關於日期的表達方式如下：

長檔名目錄項：由於短檔案名稱“8.3”的格式遠遠不能滿足現實中的需求，所以就出現了長檔名，長檔名其實就是將檔案名稱進行分段，分成若干個短檔案名稱進行儲存。

長檔名在進行分段儲存的時候，遵循一下三個處理原則：

1、系統取長檔名的前6個字元加上“~1”形成短檔案名稱，其副檔名不變；

2、如果已存在這個名字的檔案，則符號“~”後的數字自動增加；

3、如果檔案名稱記憶體在windows非法的字元，則以底線“_”代替；

4、長檔名目錄項採用倒敘的方式進行記錄，如上圖。

如下：是長檔名目錄的各參數的解釋

FAT32檔案系統總結

上述的內容已經簡單的介紹了FAT32檔案系統，下面根據定位某個檔案來詳細的瞭解FAT32檔案系統是如何儲存資料的。

1、根據磁碟0號扇區MBR的分區表得知分區的起始位置，既DBR；

2、根據DBR中BPB記錄的資訊，得知DBR保留扇區數，FAT的大小，FAT的個數；

3、根據上述資訊可以算出資料的起始位置，資料區=分區起始扇區+DBR保留扇區+（FAT表*2）；

4、計算根目錄所在的絕對位置，根目錄=資料區的起始扇區+（簇大小*2）；

5、根據根目錄中的目錄項資訊得知，根目錄下的檔案以及子目錄等所對應的簇；

6、根據檔案的簇號就可以找到檔案內容的絕對扇區；

7、如果一個檔案佔用多個簇，則需要根據FAT表項得知下一個資料簇的簇號。

7、如果根目錄下的目錄項是子目錄的話，則根據子目錄中的檔案目錄項得知檔案內容的簇號；

8、如果子目錄中還有子目錄的話，則根據這種方法一直找下去即可。

至此FAT32檔案系統就簡紹完畢了，希望對那些喜歡資料底層的朋友們有所協助。

作者：鄧奇

TEL：18911808630

本文出自 “鄧奇的Blog” 部落格，請務必保留此出處http://dengqi.blog.51cto.com/5685776/1349327