硬盤 FAT 文件系統(tǒng)原理的詳細(xì)分析

1、硬盤 FAT 文件系統(tǒng)原理的詳細(xì)分析一、硬盤的物理結(jié)構(gòu)： 硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)的。硬盤由一個(gè)或幾個(gè)表面鍍有磁性物質(zhì)的金屬或玻璃等物質(zhì)盤片以及盤片兩面所安裝的磁頭和相應(yīng)的控制電路組成 ( 圖 1) ，其中盤片和磁頭密封在無塵的金屬殼中。 硬盤工作時(shí)，盤片以設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)置在盤片表面的磁頭則在電路控制下徑向移動(dòng)到指定位置然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或讀取出來。當(dāng)系統(tǒng)向硬盤寫入數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭中 “ 寫數(shù)據(jù) ” 電流產(chǎn)生磁場使盤片表面磁性物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變，并在寫電流磁場消失后仍能保持，這樣數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)下來了；當(dāng)系統(tǒng)從硬盤中讀數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭經(jīng)過盤片指定區(qū)域，盤片表面磁場使磁頭產(chǎn)生感應(yīng)電流或線圈阻抗產(chǎn)生

2、變化，經(jīng)相關(guān)電路處理后還原成數(shù)據(jù)。因此只要能將盤片表面處理得更平滑、磁頭設(shè)計(jì)得更精密以及盡量提高盤片旋轉(zhuǎn)速度，就能造出容量更大、讀寫數(shù)據(jù)速度更快的硬盤。這是因?yàn)楸P片表面處理越平、轉(zhuǎn)速越快就能越使磁頭離盤片表面越近，提高讀、寫靈敏度和速度；磁頭設(shè)計(jì)越小越精密就能使磁頭在盤片上占用空間越小，使磁頭在一張盤片上建立更多的磁道以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。 二、硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)： 硬盤由很多盤片 (platter) 組成，每個(gè)盤片的每個(gè)面都有一個(gè)讀寫磁頭。如果有 N 個(gè)盤片。就有 2N 個(gè)面，對(duì)應(yīng) 2N 個(gè)磁頭 (Heads) ，從 0 、 1 、 2 開始編號(hào)。每個(gè)盤片被劃分成若干個(gè)同心圓磁道 ( 邏輯上的，是不

3、可見的。 ) 每個(gè)盤片的劃分規(guī)則通常是一樣的。這樣每個(gè)盤片的半徑均為固定值 R 的同心圓再邏輯上形成了一個(gè)以電機(jī)主軸為軸的柱面 (Cylinders) ，從外至里編號(hào)為 0 、 1 、 2 每個(gè)盤片上的每個(gè)磁道又被劃分為幾十個(gè)扇區(qū) (Sector) ，通常的容量是 512byte ，并按照一定規(guī)則編號(hào)為 1 、 2 、 3 形成 Cylinders×Heads×Sector 個(gè)扇區(qū)。這三個(gè)參數(shù)即是硬盤的物理參數(shù)。我們下面的很多實(shí)踐需要深刻理解這三個(gè)參數(shù)的意義。 三、磁盤引導(dǎo)原理： 3.1 MBR(master boot record) 扇區(qū)： 計(jì)算機(jī)在按下 power 鍵以

4、后，開始執(zhí)行主板 bios 程序。進(jìn)行完一系列檢測(cè)和配置以后。開始按 bios 中設(shè)定的系統(tǒng)引導(dǎo)順序引導(dǎo)系統(tǒng)。假定現(xiàn)在是硬盤。 Bios 執(zhí)行完自己的程序后如何把執(zhí)行權(quán)交給硬盤呢。交給硬盤后又執(zhí)行存儲(chǔ)在哪里的程序呢。其實(shí)，稱為 mbr 的一段代碼起著舉足輕重的作用。 MBR(master boot record), 即主引導(dǎo)記錄，有時(shí)也稱主引導(dǎo)扇區(qū)。位于整個(gè)硬盤的 0 柱面 0 磁頭 1 扇區(qū) ( 可以看作是硬盤的第一個(gè)扇區(qū) ) ， bios 在執(zhí)行自己固有的程序以后就會(huì) jump 到 mbr 中的第一條指令。將系統(tǒng)的控制權(quán)交由 mbr 來執(zhí)行。在總共 512byte 的主引導(dǎo)記錄中， MBR

5、 的引導(dǎo)程序占了其中的前 446 個(gè)字節(jié) ( 偏移 0H 偏移 1BDH) ，隨后的 64 個(gè)字節(jié) ( 偏移 1BEH 偏移 1FDH) 為 DPT(Disk PartitionTable ，硬盤分區(qū)表 ) ，最后的兩個(gè)字節(jié) “55 AA”( 偏移 1FEH 偏移 1FFH) 是分區(qū)有效結(jié)束標(biāo)志。 MBR 不隨操作系統(tǒng)的不同而不同，意即不同的操作系統(tǒng)可能會(huì)存在相同的 MBR ，即使不同， MBR 也不會(huì)夾帶操作系統(tǒng)的性質(zhì)。具有公共引導(dǎo)的特性。 我們來分析一段 mbr 。下面是用 winhex 查看的一塊希捷 120GB 硬盤的 mbr 。 你的硬盤的 MBR 引導(dǎo)代碼可能并非這樣。不過即使不同

6、，所執(zhí)行的功能大體是一樣的。 這里找 wowocock 關(guān)于磁盤 mbr 的反編譯，已加了詳細(xì)的注釋，感興趣可以細(xì)細(xì)研究一下。 我們看 DPT 部分。操作系統(tǒng)為了便于用戶對(duì)磁盤的管理。加入了磁盤分區(qū)的概念。即將一塊磁盤邏輯劃分為幾塊。磁盤分區(qū)數(shù)目的多少只受限于 C Z 的英文字母的數(shù)目，在上圖 DPT 共 64 個(gè)字節(jié)中如何表示多個(gè)分區(qū)的屬性呢 ?microsoft 通過鏈接的方法解決了這個(gè)問題。在 DPT 共 64 個(gè)字節(jié)中，以 16 個(gè)字節(jié)為分區(qū)表項(xiàng)單位描述一個(gè)分區(qū)的屬性。也就是說，第一個(gè)分區(qū)表項(xiàng)描述一個(gè)分區(qū)的屬性，一般為基本分區(qū)。第二個(gè)分區(qū)表項(xiàng)描述除基本分區(qū)外的其余空間，一般而言，就是我

7、們所說的擴(kuò)展分區(qū)。這部分的大體說明見表 1 。 注：上表中的超過 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)都以實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，就是按高位到地位的方式顯示。存儲(chǔ)時(shí)是按低位到高位存儲(chǔ)的。兩者表現(xiàn)不同，請(qǐng)仔細(xì)看清楚。以后出現(xiàn)的表，圖均同。 也可以在 winhex 中看到這些參數(shù)的意義： 說明： 每個(gè)分區(qū)表項(xiàng)占用 16 個(gè)字節(jié)，假定偏移地址從 0 開始。如圖 3 的分區(qū)表項(xiàng) 3 。分區(qū)表項(xiàng) 4 同分區(qū)表項(xiàng) 3 。 1 、 0H 偏移為活動(dòng)分區(qū)是否標(biāo)志，只能選 00H 和 80H 。 80H 為活動(dòng)， 00H 為非活動(dòng)。其余值對(duì) microsoft 而言為非法值。 2 、重新說明一下 ( 這個(gè)非常重要 ) ：大于 1 個(gè)字節(jié)的數(shù)被

8、以低字節(jié)在前的存儲(chǔ)格式格式 (little endian format) 或稱反字節(jié)順序保存下來。低字節(jié)在前的格式是一種保存數(shù)的方法，這樣，最低位的字節(jié)最先出現(xiàn)在十六進(jìn)制數(shù)符號(hào)中。例如，相對(duì)扇區(qū)數(shù)字段的值 0x3F000000 的低字節(jié)在前表示為 0x0000003F 。這個(gè)低字節(jié)在前的格式數(shù)的十進(jìn)制數(shù)為 63 。3 、系統(tǒng)在分區(qū)時(shí)，各分區(qū)都不允許跨柱面，即均以柱面為單位，這就是通常所說的分區(qū)粒度。有時(shí)候我們分區(qū)是輸入分區(qū)的大小為 7000M ，分出來卻是 6997M ，就是這個(gè)原因。 偏移 2H 和偏移 6H 的扇區(qū)和柱面參數(shù)中 , 扇區(qū)占 6 位 (bit) ，柱面占 10 位 (bit)

9、 ，以偏移 6H 為例，其低 6 位用作扇區(qū)數(shù)的二進(jìn)制表示。其高兩位做柱面數(shù) 10 位中的高兩位，偏移 7H 組成的 8 位做柱面數(shù) 10 位中的低 8 位。由此可知，實(shí)際上用這種方式表示的分區(qū)容量是有限的，柱面和磁頭從 0 開始編號(hào) , 扇區(qū)從 1 開始編號(hào) , 所以最多只能表示 1024 個(gè)柱面 ×63 個(gè)扇區(qū) ×256 個(gè)磁頭 ×512byte=8455716864byte 。即通常的 8.4GB( 實(shí)際上應(yīng)該是 7.8GB 左右 ) 限制。實(shí)際上磁頭數(shù)通常只用到 255 個(gè) ( 由匯編語言的尋址寄存器決定 ), 即使把這 3 個(gè)字節(jié)按線性尋址，依然力不從心

10、。 在后來的操作系統(tǒng)中，超過 8.4GB 的分區(qū)其實(shí)已經(jīng)不通過 C/H/S 的方式尋址了。而是通過偏移 CH 偏移 FH 共 4 個(gè)字節(jié) 32 位線性扇區(qū)地址來表示分區(qū)所占用的扇區(qū)總數(shù)?？芍ㄟ^ 4 個(gè)字節(jié)可以表示 232 個(gè)扇區(qū)，即 2TB=2048GB ，目前對(duì)于大多數(shù)計(jì)算機(jī)而言，這已經(jīng)是個(gè)天文數(shù)字了。在未超過 8.4GB 的分區(qū)上， C/H/S 的表示方法和線性扇區(qū)的表示方法所表示的分區(qū)大小是一致的。也就是說，兩種表示方法是協(xié)調(diào)的。即使不協(xié)調(diào)，也以線性尋址為準(zhǔn)。 ( 可能在某些系統(tǒng)中會(huì)提示出錯(cuò) ) 。超過 8.4GB 的分區(qū)結(jié)束 C/H/S 一般填充為 FEH FFH FFH 。即 C/

11、H/S 所能表示的最大值。有時(shí)候也會(huì)用柱面對(duì) 1024 的模來填充。不過這幾個(gè)字節(jié)是什么其實(shí)都無關(guān)緊要了。 雖然現(xiàn)在的系統(tǒng)均采用線性尋址的方式來處理分區(qū)的大小。但不可跨柱面的原則依然沒變。本分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)加上與前一分區(qū)之間的保留扇區(qū)數(shù)目依然必須是柱面容量的整數(shù)倍。 ( 保留扇區(qū)中的第一個(gè)扇區(qū)就是存放分區(qū)表的 MBR 或虛擬 MBR 的扇區(qū)，分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)在線性表示方式上是不計(jì)入保留扇區(qū)的。如果是第一個(gè)分區(qū)，保留扇區(qū)是本分區(qū)前的所有扇區(qū)。 附：分區(qū)表類型標(biāo)志如圖 4 3.2 擴(kuò)展分區(qū) 擴(kuò)展分區(qū)中的每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器都存在一個(gè)類似于 MBR 的擴(kuò)展引導(dǎo)記錄 ( Extended Boot Record

12、, EBR) ，也有人稱之為虛擬 mbr 或擴(kuò)展 mbr ，意思是一樣的。擴(kuò)展引導(dǎo)記錄包括一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)表和該扇區(qū)的標(biāo)簽。擴(kuò)展引導(dǎo)記錄將記錄只包含擴(kuò)展分區(qū)中每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)柱面的第一面的信息。一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器中的引導(dǎo)扇區(qū)一般位于相對(duì)扇區(qū) 32 或 63 。但是，如果磁盤上沒有擴(kuò)展分區(qū)，那么就不會(huì)有擴(kuò)展引導(dǎo)記錄和邏輯驅(qū)動(dòng)器。第一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表中的第一項(xiàng)指向它自身的引導(dǎo)扇區(qū)。第二項(xiàng)指向下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的 EBR 。如果不存在進(jìn)一步的邏輯驅(qū)動(dòng)器，第二項(xiàng)就不會(huì)使用，而且被記錄成一系列零。如果有附加的邏輯驅(qū)動(dòng)器，那么第二個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表的第一項(xiàng)會(huì)指向它本身的引導(dǎo)扇區(qū)。第二個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器

13、的擴(kuò)展分區(qū)表的第二項(xiàng)指向下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的 EBR 。擴(kuò)展分區(qū)表的第三項(xiàng)和第四項(xiàng)永遠(yuǎn)都不會(huì)被使用。 通過一幅 4 分區(qū)的磁盤結(jié)構(gòu)圖可以看到磁盤的大致組織形式。如圖 5 ： 關(guān)于擴(kuò)展分區(qū)，如圖 6 所示，擴(kuò)展分區(qū)中邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展引導(dǎo)記錄是一個(gè)連接表。該圖顯示了一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)上的三個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器，說明了前面的邏輯驅(qū)動(dòng)器和最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器之間在擴(kuò)展分區(qū)表中的差異。 除了擴(kuò)展分區(qū)上最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器外，表 2 中所描述的擴(kuò)展分區(qū)表的格式在每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器中都是重復(fù)的：第一個(gè)項(xiàng)標(biāo)識(shí)了邏輯驅(qū)動(dòng)器本身的引導(dǎo)扇區(qū)，第二個(gè)項(xiàng)標(biāo)識(shí)了下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的 EBR 。最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表只會(huì)列出它本身的分區(qū)項(xiàng)。

14、最后一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)表的第二個(gè)項(xiàng)到第四個(gè)項(xiàng)被使用。 擴(kuò)展分區(qū)表項(xiàng)中的相對(duì)扇區(qū)數(shù)字段所顯示的是從擴(kuò)展分區(qū)開始到邏輯驅(qū)動(dòng)器中第一個(gè)扇區(qū)的位移的字節(jié)數(shù)?？偵葏^(qū)數(shù)字段中的數(shù)是指組成該邏輯驅(qū)動(dòng)器的扇區(qū)數(shù)目。總扇區(qū)數(shù)字段的值等于從擴(kuò)展分區(qū)表項(xiàng)所定義的引導(dǎo)扇區(qū)到邏輯驅(qū)動(dòng)器末尾的扇區(qū)數(shù)。 有時(shí)候在磁盤的末尾會(huì)有剩余空間，剩余空間是什么呢？我們前面說到，分區(qū)是以 1 柱面的容量為分區(qū)粒度的，那么如果磁盤總空間不是整數(shù)個(gè)柱面的話，不夠一個(gè)柱面的剩下的空間就是剩余空間了，這部分空間并不參與分區(qū)，所以一般無法利用。照道理說，磁盤的物理模式?jīng)Q定了磁盤的總?cè)萘烤蛻?yīng)該是整數(shù)個(gè)柱面的容量，為什么會(huì)有不夠一個(gè)柱面的空間呢。在我的理

15、解看來，本來現(xiàn)在的磁盤為了更大的利用空間，一般在物理上并不是按照外圍的扇區(qū)大于里圈的扇區(qū)這種管理方式，只是為了與操作系統(tǒng)兼容而抽象出來 CHS ?？赡芷鋵?shí)際空間 zymail 四、 FAT 分區(qū)原理 先來一幅結(jié)構(gòu)圖： 現(xiàn)在我們著重研究 FAT 格式分區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)是如何存儲(chǔ)的。 FAT 分區(qū)格式是 MICROSOFT 最早支持的分區(qū)格式，依據(jù) FAT 表中每個(gè)簇鏈的所占位數(shù) ( 有關(guān)概念，后面會(huì)講到 ) 分為 fat12 、 fat16 、 fat32 三種格式 " 變種 " ，但其基本存儲(chǔ)方式是相似的。 仔細(xì)研究圖 7 中的 fat16 和 fat32 分區(qū)的組成結(jié)構(gòu)。下面依次

16、解釋 DBR 、 FAT1 、 FAT2 、根目錄、數(shù)據(jù)區(qū)、剩余扇區(qū)的概念。提到的地址如無特別提示均為分區(qū)內(nèi)部偏移。 4.1 關(guān)于 DBR. DBR 區(qū) (DOS BOOT RECORD) 即操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)的意思，通常占用分區(qū)的第 0 扇區(qū)共 512 個(gè)字節(jié) ( 特殊情況也要占用其它保留扇區(qū)，我們先說第 0 扇 ) 。在這 512 個(gè)字節(jié)中，其實(shí)又是由跳轉(zhuǎn)指令，廠商標(biāo)志和操作系統(tǒng)版本號(hào)， BPB(BIOS Parameter Block) ，擴(kuò)展 BPB ， os 引導(dǎo)程序，結(jié)束標(biāo)志幾部分組成。 以用的最多的 FAT32 為例說明分區(qū) DBR 各字節(jié)的含義。見圖 8 。 圖 8 的對(duì)應(yīng)解釋

17、見表 3 圖 9 給出了 winhex 對(duì)圖 8 DBR 的相關(guān)參數(shù)解釋： 根據(jù)上邊圖例，我們來討論 DBR 各字節(jié)的參數(shù)意義。 MBR 將 CPU 執(zhí)行轉(zhuǎn)移給引導(dǎo)扇區(qū)，因此，引導(dǎo)扇區(qū)的前三個(gè)字節(jié)必須是合法的可執(zhí)行的基于 x86 的 CPU 指令。這通常是一條跳轉(zhuǎn)指令，該指令負(fù)責(zé)跳過接下來的幾個(gè)不可執(zhí)行的字節(jié) (BPB 和擴(kuò)展 BPB) ，跳到操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼部分。 跳轉(zhuǎn)指令之后是 8 字節(jié)長的 OEM ID ，它是一個(gè)字符串， OEM ID 標(biāo)識(shí)了格式化該分區(qū)的操作系統(tǒng)的名稱和版本號(hào)。為了保留與 MS-DOS 的兼容性，通常 Windows 2000 格式化該盤是在 FAT16 和 FAT3

18、2 磁盤上的該字段中記錄了 “MSDOS 5.0” ，在 NTFS 磁盤上 ( 關(guān)于 ntfs ，另述 ) ， Windows 2000 記錄的是 “NTFS” 。通常在被 Windows 95 格式化的磁盤上 OEM ID 字段出現(xiàn) “MSWIN4.0” ，在被 Windows 95 OSR2 和 Windows 98 格式化的磁盤上 OEM ID 字段出現(xiàn) “MSWIN4.1” 。 接下來的從偏移 0x0B 開始的是一段描述能夠使可執(zhí)行引導(dǎo)代碼找到相關(guān)參數(shù)的信息。通常稱之為 BPB(BIOS Parameter Block) ， BPB 一般開始于相同的位移量，因此，標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)都處于一個(gè)已

19、知的位置。磁盤容量和幾何結(jié)構(gòu)變量都被封在 BPB 之中。由于引導(dǎo)扇區(qū)的第一部分是一個(gè) x86 跳轉(zhuǎn)指令。因此，將來通過在 BPB 末端附加新的信息，可以對(duì) BPB 進(jìn)行擴(kuò)展。只需要對(duì)該跳轉(zhuǎn)指令作一個(gè)小的調(diào)整就可以適應(yīng) BPB 的變化。圖 9 已經(jīng)列出了項(xiàng)目的名稱和取值，為了系統(tǒng)的研究，針對(duì)圖 8 ，將 FAT32 分區(qū)格式的 BPB 含義和擴(kuò)展 BPB 含義釋義為表格，見表 4 和表 5 。 DBR 的偏移 0x5A 開始的數(shù)據(jù)為操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼。這是由偏移 0x00 開始的跳轉(zhuǎn)指令所指向的。在圖 8 所列出的偏移 0x000x02 的跳轉(zhuǎn)指令 "EB 58 90" 清楚地

20、指明了 OS 引導(dǎo)代碼的偏移位置。 jump 58H 加上跳轉(zhuǎn)指令所需的位移量，即開始于 0x5A 。此段指令在不同的操作系統(tǒng)上和不同的引導(dǎo)方式上，其內(nèi)容也是不同的。大多數(shù)的資料上都說 win98, 構(gòu)建于 fat 基本分區(qū)上的 win2000,winxp 所使用的 DBR 只占用基本分區(qū)的第 0 扇區(qū)。他們提到，對(duì)于 fat32 ，一般的 32 個(gè)基本分區(qū)保留扇區(qū)只有第 0 扇區(qū)是有用的。實(shí)際上，以 FAT32 構(gòu)建的操作系統(tǒng)如果是 win98, 系統(tǒng)會(huì)使用基本分區(qū)的第 0 扇區(qū)和第 2 扇區(qū)存儲(chǔ) os 引導(dǎo)代碼；以 FAT32 構(gòu)建的操作系統(tǒng)如果是 win2000 或 winxp, 系統(tǒng)會(huì)

21、使用基本分區(qū)的第 0 扇區(qū)和第 0xC 扇區(qū) (win2000 或 winxp, 其第 0xC 的位置由第 0 扇區(qū)的 0xAB 偏移指出 ) 存儲(chǔ) os 引導(dǎo)代碼。所以，在 fat32 分區(qū)格式上，如果 DBR 一扇區(qū)的內(nèi)容正確而缺少第 2 扇區(qū) (win98 系統(tǒng) ) 或第 0xC 扇區(qū) (win2000 或 winxp 系統(tǒng) ) ，系統(tǒng)也是無法啟動(dòng)的。如果自己手動(dòng)設(shè)置 NTLDR 雙系統(tǒng)，必須知道這一點(diǎn)。 DBR 扇區(qū)的最后兩個(gè)字節(jié)一般存儲(chǔ)值為 0x55AA 的 DBR 有效標(biāo)志，對(duì)于其他的取值，系統(tǒng)將不會(huì)執(zhí)行 DBR 相關(guān)指令。上面提到的其他幾個(gè)參與 os 引導(dǎo)的扇區(qū)也需以 0x55A

22、A 為合法結(jié)束標(biāo)志。 FAT16 DBR ： FAT32 中 DBR 的含義大致如此，對(duì)于 FAT12 和 FAT16 其基本意義類似，只是相關(guān)偏移量和參數(shù)意義有小的差異， FAT 格式的區(qū)別和來因，以后會(huì)說到，此處不在多說 FAT12 與 FAT16 。我將 FAT16 的扇區(qū)參數(shù)意義列表。感興趣的朋友自己研究一下，和 FAT32 大同小異的。 4.2 關(guān)于保留扇區(qū) 在上述 FAT 文件系統(tǒng) DBR 的偏移 0x0E 處，用 2 個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)保留扇區(qū)的數(shù)目。所謂保留扇區(qū) ( 有時(shí)候會(huì)叫系統(tǒng)扇區(qū)，隱藏扇區(qū) ) ，是指從分區(qū) DBR 扇區(qū)開始的僅為系統(tǒng)所有的扇區(qū)，包括 DBR 扇區(qū)。在 FAT16

23、 文件系統(tǒng)中，保留扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常設(shè)置為 1 ，即僅僅 DBR 扇區(qū)。而在 FAT32 中，保留扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常取為 32 ，有時(shí)候用 Partition Magic 分過的 FAT32 分區(qū)會(huì)設(shè)置 36 個(gè)保留扇區(qū)，有的工具可能會(huì)設(shè)置 63 個(gè)保留扇區(qū)。 FAT32 中的保留扇區(qū)除了磁盤總第 0 扇區(qū)用作 DBR ，總第 2 扇區(qū) (win98 系統(tǒng) ) 或總第 0xC 扇區(qū) (win2000,winxp) 用作 OS 引導(dǎo)代碼擴(kuò)展部分外，其余扇區(qū)都不參與操作系統(tǒng)管理與磁盤數(shù)據(jù)管理，通常情況下是沒作用的。操作系統(tǒng)之所以在 FAT32 中設(shè)置保留扇區(qū)，是為了對(duì) DBR 作備份或留待以后升級(jí)時(shí)用。

24、FAT32 中， DBR 偏移 0x34 占 2 字節(jié)的數(shù)據(jù)指明了 DBR 備份扇區(qū)所在，一般為 0x06 ，即第 6 扇區(qū)。當(dāng) FAT32 分區(qū) DBR 扇區(qū)被破壞導(dǎo)致分區(qū)無法訪問時(shí)?？梢杂玫?6 扇區(qū)的原備份替換第 0 扇區(qū)來找回?cái)?shù)據(jù)。 4.3 FAT 表和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原則 FAT 表 (File Allocation Table 文件分配表 ) ，是 Microsoft 在 FAT 文件系統(tǒng)中用于磁盤數(shù)據(jù) ( 文件 ) 索引和定位引進(jìn)的一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。假如把磁盤比作一本書， FAT 表可以認(rèn)為相當(dāng)于書中的目錄，而文件就是各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。但 FAT 表的表示方法卻與目錄有很大的不同。 在 FA

25、T 文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)依照 FAT 表制定的簇鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。同時(shí)， FAT 文件系統(tǒng)將組織數(shù)據(jù)時(shí)使用的目錄也抽象為文件，以簡化對(duì)數(shù)據(jù)的管理。 存儲(chǔ)過程假想： 我們模擬對(duì)一個(gè)分區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程來說明 FAT 文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原則。 假定現(xiàn)在有一個(gè)空的完全沒有存放數(shù)據(jù)的磁盤，大小為 100KB ，我們將其想象為線形的空間地址。為了存儲(chǔ)管理上的便利，我們?nèi)藶榈膶⑦@ 100KB 的空間均分成 100 份，每份 1KB 。我們來依次存儲(chǔ)這樣幾個(gè)文件： A.TXT( 大小 10KB),B.TXT( 大小 53.6KB) ， C.TXT( 大小 20.5KB) 。 最起碼能夠想到，我們可以順序

26、的在這 100KB 空間中存放這 3 個(gè)文件。同時(shí)不要忘了，我們還要記下他們的大小和開始的位置，這樣下次要用時(shí)才能找的到，這就像是目錄。為了便于查找，我們假定用第 1K 的空間來存儲(chǔ)他們的特征 ( 屬性 ) 。還有，我們?cè)O(shè)計(jì)的存儲(chǔ)單位是 1KB ，所以， A.TXT 我們需要 10 個(gè)存儲(chǔ)單位 ( 為了說明方便，我們把存儲(chǔ)單位叫做 “ 簇 ” 吧。也能少打點(diǎn)字，呵呵。 ) ， B.TXT 需要 54 個(gè)簇， C.TXT 需要 21 個(gè)簇?？赡苡腥藭?huì)說 B.TXT 和 C.TXT 不是各自浪費(fèi)了不到 1 簇的空間嗎？干嘛不讓他們緊挨著，不是省地方嗎？我的回答是，如果按照這樣的方式存儲(chǔ)，目錄中原本

27、只需要記下簇號(hào)，現(xiàn)在還需要記下簇內(nèi)的偏移，這樣會(huì)增加目錄的存儲(chǔ)量，而且存取沒有了規(guī)則，讀取也不太方便，是得不償失的。 根據(jù)上面所說的思想，我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣的圖 4.3.1 所示的存儲(chǔ)方式。 我們?cè)倏紤]如何來寫這三個(gè)文件的目錄。對(duì)于每個(gè)文件而言，一定要記錄的有：文件名，開始簇，大小，創(chuàng)建日期、時(shí)間，修改日期、時(shí)間，文件的讀寫屬性等。這里大小能不能用結(jié)束簇來計(jì)算呢？一定不能，因?yàn)槲募拇笮〔灰欢ň褪钦麛?shù)個(gè)簇的大小，否則的話像 B.TXT 的內(nèi)容就是 54KB 的內(nèi)容了，少了固然不行，可多了也是不行的。那么我們?cè)趺从涗浤?？可以想象一下。為了管理上的方便，我們用?shù)據(jù)庫的管理方式來管理我們的目錄。于是我把

28、 1KB 再分成 10 份，假定開始簇號(hào)為 0 ，定義每份 100B 的各個(gè)位置的代表含義如圖 4.3.2 這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)絕對(duì)可以對(duì)文件進(jìn)行正確的讀寫了。接著讓我們?cè)O(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)工作吧。先改動(dòng)個(gè)文件，比如 A.TXT ，增加點(diǎn)內(nèi)容吧！咦？增加后往哪里放呀，雖然存儲(chǔ)塊的后面有很多空間，但緊隨其后 B.TXT 的數(shù)據(jù)還頂著呢？要是把 A.TXT 移到后邊太浪費(fèi)處理資源，而且也不一定解決問題。這個(gè)問題看來暫時(shí)解決不了。 那我們換個(gè)操作，把 B.txt 刪了， b.txt 的空間隨之釋放。這時(shí)候空間如圖 4.3.3 ，目錄如圖 4.3.4 這個(gè)操作看來還可以，我們接著做，在存入一個(gè)文件 D.txt(

29、大小為 60.3KB), 總共 100 簇的空間只用了 31 簇，還有 68 簇剩余，按說能放下?？墒?？往那里放呢？沒有 61 個(gè)連續(xù)的空間了，目錄行沒辦法寫了，看來無連續(xù)塊存儲(chǔ)暫時(shí)也不行。 你一定能夠想到我們可以在連續(xù)空間不夠或增加文件長度的時(shí)候轉(zhuǎn)移影響我們操作的其他文件，從而騰出空間來，但我要問你，那不是成天啥也不要干了，就是倒騰東西了嗎？ 看來我們?cè)O(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)有致命的漏洞，怎么解決呢？其實(shí)可以這樣解決： 首先我們?cè)试S文件的不連續(xù)存儲(chǔ)。目錄中依然只記錄開始簇和文件的大小。那么我們?cè)趺从涗浳募加媚切┐啬?，以文件映射簇不太方便，因?yàn)槲募遣还潭ǖ?。我們換個(gè)思想，可以用簇來映射文件，在整個(gè)

30、存儲(chǔ)空間的前部留下幾簇來記錄數(shù)據(jù)區(qū)中數(shù)據(jù)與簇號(hào)的關(guān)系。對(duì)于上例因?yàn)榭偪臻g也不大，所以用前部的 1Kb 的空間來記錄這種對(duì)應(yīng)，假設(shè) 3 個(gè)文件都存儲(chǔ)，空間分配如圖 4.3.5 ，同時(shí)修改一下目錄，如圖 4.3.6 第一簇用來記錄數(shù)據(jù)區(qū)中每一簇的被占用情況，暫時(shí)稱其為文件分配表。結(jié)合文件分配表和文件目錄就可以達(dá)到完全的文件讀取了。我們想到，把文件分配表做成一個(gè)數(shù)據(jù)表，以圖 4.3.7 的形式記錄簇與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)。 用圖 4.3.7 的組織方式是完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文件占有簇的記錄的。但還不夠效率。比如文件名在文件分配表中記錄太多，浪費(fèi)空間，而實(shí)際上在目錄中已經(jīng)記錄了文件的開始簇了。所以可以改良一下，用鏈的

31、方式來存放占有簇的關(guān)系，變成圖 4.3.8 的組織方式。 參照?qǐng)D 4.3.8 來理解一下文件分配表的意義。如文件 a.txt 我們根據(jù)目錄項(xiàng)中指定的 a.txt 的首簇為 2 ，然后找到文件分配表的第 2 簇記錄，上面登記的是 3 ，我們就能確定下一簇是 3 。找到文件分配表的第 3 簇記錄，上面登記的是 4 ，我們就能確定下一簇是 4. 直到指到第 11 簇，發(fā)現(xiàn)下一個(gè)指向是 FF ，就是結(jié)束。文件便絲毫無誤讀取完畢。 我們?cè)倏瓷厦嫣岬降牡谌N情況，就是將 b.txt 刪除以后，存入一個(gè)大小為 60.3KB 的 d.txt 。利用簇鏈可以很容易的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)后的磁盤如圖 4.3.9 4.3.1

32、0 4.3.11 上面是我們對(duì)文件存儲(chǔ)的一種假設(shè)，也該揭開謎底的時(shí)候了。上面的思想其實(shí)就是 fat 文件系統(tǒng)的思想的精髓 ( 但并不是，尤其像具體的參數(shù)的意義與我們所舉的例子是完全不同的。請(qǐng)忘掉上邊細(xì)節(jié)，努力記憶下邊 ) 。 FAT16 存儲(chǔ)原理 : 當(dāng)把一部分磁盤空間格式化為 fat 文件系統(tǒng)時(shí)， fat 文件系統(tǒng)就將這個(gè)分區(qū)當(dāng)成整塊可分配的區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，以便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。一般來講，其劃分形式如圖 7 所示。我們把 FAT16 部分提取出來，詳細(xì)描述一下： FAT16 是 Microsoft 較早推出的文件系統(tǒng)，具有高度兼容性，目前仍然廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦尤其是移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中， FAT16 簡

33、單來講由圖 4.3.12 所示的 6 部分組成 ( 主要是前 5 部分 ) 。引導(dǎo)扇區(qū) (DBR) 我們已經(jīng)說過 ,FAT16 在 DBR 之后沒有留有任何保留扇區(qū)，其后緊隨的便是 FAT 表。 FAT 表是 FAT16 用來記錄磁盤數(shù)據(jù)區(qū)簇鏈結(jié)構(gòu)的。像前面我們說過的例子一樣， FAT 將磁盤空間按一定數(shù)目的扇區(qū)為單位進(jìn)行劃分，這樣的單位稱為簇。通常情況下，每扇區(qū) 512 字節(jié)的原則是不變的。簇的大小一般是 2n (n 為整數(shù) ) 個(gè)扇區(qū)的大小，像 512B,1K,2K,4K,8K,16K,32K ， 64K 。實(shí)際中通常不超過 32K 。 之所以簇為單位而不以扇區(qū)為單位進(jìn)行磁盤的分配，是因?yàn)?/p>

34、當(dāng)分區(qū)容量較大時(shí)，采用大小為 512b 的扇區(qū)管理會(huì)增加 fat 表的項(xiàng)數(shù)，對(duì)大文件存取增加消耗，文件系統(tǒng)效率不高。分區(qū)的大小和簇的取值是有關(guān)系的，見表 9 注意：少于 32680 個(gè)扇區(qū)的分區(qū)中，簇空間大小可最多達(dá)到每個(gè)簇 8 個(gè)扇區(qū)。不管用戶是使用磁盤管理器來格式化分區(qū)，還是使用命令提示行鍵入 format 命令格式化，格式化程序都創(chuàng)建一個(gè) 12 位的 FAT 。少于 16MB 的分區(qū)，系統(tǒng)通常會(huì)將其格式化成 12 位的 FAT ， FAT12 是 FAT 的初始實(shí)現(xiàn)形式，是針對(duì)小型介質(zhì)的。 FAT12 文件分配表要比 FAT16 和 FAT32 的文件分配表小，因?yàn)樗鼘?duì)每個(gè)條目使用的空間

35、較少。這就給數(shù)據(jù)留下較多的空間。所有用 FAT12 格式化的 5.25 英寸軟盤以及 1.44MB 的 3.5 英寸軟盤都是由 FAT12 格式化的。除了 FAT 表中記錄每簇鏈結(jié)的二進(jìn)制位數(shù)與 FAT16 不同外，其余原理與 FAT16 均相同，不再單獨(dú)解釋。 格式化 FAT16 分區(qū)時(shí)，格式化程序根據(jù)分區(qū)的大小確定簇的大小，然后根據(jù)保留扇區(qū)的數(shù)目、根目錄的扇區(qū)數(shù)目、數(shù)據(jù)區(qū)可分的簇?cái)?shù)與 FAT 表本身所占空間 來確定 FAT 表所需的扇區(qū)數(shù)目，然后將計(jì)算后的結(jié)果寫入 DBR 的相關(guān)位置。 FAT16 DBR 參數(shù)的偏移 0x11 處記錄了根目錄所占扇區(qū)的數(shù)目。偏移 0x16 記錄了 FAT

36、表所占扇區(qū)的數(shù)據(jù)。偏移 0x10 記錄了 FAT 表的副本數(shù)目。系統(tǒng)在得到這幾項(xiàng)參數(shù)以后，就可以確定數(shù)據(jù)區(qū)的開始扇區(qū)偏移了。 FAT16 文件系統(tǒng)從根目錄所占的 32 個(gè)扇區(qū)之后的第一個(gè)扇區(qū)開始以簇為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這之前仍以扇區(qū)為單位。對(duì)于根目錄之后的第一個(gè)簇，系統(tǒng)并不編號(hào)為第 0 簇或第 1 簇 ( 可能是留作關(guān)鍵字的原因吧 ) ，而是編號(hào)為第 2 簇，也就是說數(shù)據(jù)區(qū)順序上的第 1 個(gè)簇也是編號(hào)上的第 2 簇。 FAT 文件系統(tǒng)之所以有 12 ， 16 ， 32 不同的版本之分，其根本在于 FAT 表用來記錄任意一簇鏈接的二進(jìn)制位數(shù)。以 FAT16 為例，每一簇在 FAT 表中占據(jù) 2

37、 字節(jié) ( 二進(jìn)制 16 位 ) 。所以， FAT16 最大可以表示的簇號(hào)為 0xFFFF( 十進(jìn)制的 65535) ，以 32K 為簇的大小的話， FAT32 可以管理的最大磁盤空間為： 32KB×65535=2048MB, 這就是為什么 FAT16 不支持超過 2GB 分區(qū)的原因。 FAT 表實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)表，以 2 個(gè)字節(jié)為單位，我們暫將這個(gè)單位稱為 FAT 記錄項(xiàng)，通常情況其第 1 、 2 個(gè)記錄項(xiàng) ( 前 4 個(gè)字節(jié) ) 用作介質(zhì)描述。從第三個(gè)記錄項(xiàng)開始記錄除根目錄外的其他文件及文件夾的簇鏈情況。根據(jù)簇的表現(xiàn)情況 FAT 用相應(yīng)的取值來描述，見表 10 看一幅在 winh

38、ex 所截 FAT16 的文件分配表，圖 10 ： 如圖， FAT 表以 "F8 FF FF FF" 開頭，此 2 字節(jié)為介質(zhì)描述單元，并不參與 FAT 表簇鏈關(guān)系。小紅字標(biāo)出的是 FAT 扇區(qū)每 2 字節(jié)對(duì)應(yīng)的簇號(hào)。 相對(duì)偏移 0x40x5 偏移為第 2 簇 ( 順序上第 1 簇 ) ，此處為 FF, 表示存儲(chǔ)在第 2 簇上的文件 ( 目錄 ) 是個(gè)小文件，只占用 1 個(gè)簇便結(jié)束了。 第 3 簇中存放的數(shù)據(jù)是 0x0005 ，這是一個(gè)文件或文件夾的首簇。其內(nèi)容為第 5 簇，就是說接下來的簇位于第 5 簇 ?D?D FAT 表指引我們到達(dá) FAT 表的第 5 簇指向，上面寫

39、的數(shù)據(jù)是 "FF FF", 意即此文件已至尾簇。 第 4 簇中存放的數(shù)據(jù)是 0x0006 ，這又是一個(gè)文件或文件夾的首簇。其內(nèi)容為第 6 簇，就是說接下來的簇位于第 6 簇 ?D?D FAT 表指引我們到達(dá) FAT 表的第 6 簇指向，上面寫的數(shù)據(jù)是 0x0007 ，就是說接下來的簇位于第 7 簇 ?D?D FAT 表指引我們到達(dá) FAT 表的第 7 簇指向 直到根據(jù) FAT 鏈讀取到扇區(qū)相對(duì)偏移 0x1A0x1B ，也就是第 13 簇，上面寫的數(shù)據(jù)是 0x000E ，也就是指向第 14 簇 ?D?D 14 簇的內(nèi)容為 "FF FF" ，意即此文件已至尾

40、簇。 后面的 FAT 表數(shù)據(jù)與上面的道理相同。不再分析。 FAT 表記錄了磁盤數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)鏈表，對(duì)于數(shù)據(jù)的讀取而言是極其重要的，以至于 Microsoft 為其開發(fā)的 FAT 文件系統(tǒng)中的 FAT 表創(chuàng)建了一份備份，就是我們看到的 FAT2 。 FAT2 與 FAT1 的內(nèi)容通常是即時(shí)同步的，也就是說如果通過正常的系統(tǒng)讀寫對(duì) FAT1 做了更改，那么 FAT2 也同樣被更新。如果從這個(gè)角度來看，系統(tǒng)的這個(gè)功能在數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)是個(gè)天災(zāi)。 FAT 文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)其實(shí)是一顆有向的從根到葉的樹，這里提到的有向是指對(duì)于 FAT 分區(qū)內(nèi)的任一文件 ( 包括文件夾 ) ，均需從根目錄尋址來找到?？梢赃@樣認(rèn)

41、為：目錄存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的入口就是根目錄。 FAT 文件系統(tǒng)根據(jù)根目錄來尋址其他文件 ( 包括文件夾 ) ，故而根目錄的位置必須在磁盤存取數(shù)據(jù)之前得以確定。 FAT 文件系統(tǒng)就是根據(jù)分區(qū)的相關(guān) DBR 參數(shù)與 DBR 中存放的已經(jīng)計(jì)算好的 FAT 表 (2 份 ) 的大小來確定的。格式化以后，跟目錄的大小和位置其實(shí)都已經(jīng)確定下來了：位置緊隨 FAT2 之后，大小通常為 32 個(gè)扇區(qū)。根目錄之后便是數(shù)據(jù)區(qū)第 2 簇。 FAT 文件系統(tǒng)的一個(gè)重要思想是把目錄 ( 文件夾 ) 當(dāng)作一個(gè)特殊的文件來處理， FAT32 甚至將根目錄當(dāng)作文件處理 ( 旁： NTFS 將分區(qū)參數(shù)、安全權(quán)限等好多東西抽象為文件更是這

42、個(gè)思想的升華 ) ，在 FAT16 中，雖然根目錄地位并不等同于普通的文件或者說是目錄，但其組織形式和普通的目錄 ( 文件夾 ) 并沒有不同。 FAT 分區(qū)中所有的文件夾 ( 目錄 ) 文件，實(shí)際上可以看作是一個(gè)存放其他文件 ( 文件夾 ) 入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。所以目錄的占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等同于 0 。通常是占很小的空間的，可以看作目錄文件是一個(gè)簡單的二維表文件。其具體存儲(chǔ)原理是： 不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少字節(jié)。系統(tǒng)都會(huì)以 32 個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。這 32 個(gè)字節(jié)以確定的偏移來定義本目錄下的一個(gè)文件 ( 或文件夾 ) 的屬性，實(shí)

43、際上是一個(gè)簡單的二維表。 這 32 個(gè)字節(jié)的各字節(jié)偏移定義如表 11 ： 對(duì)表 11 中的一些取值進(jìn)行說明： (1) 、對(duì)于短文件名，系統(tǒng)將文件名分成兩部分進(jìn)行存儲(chǔ)，即主文件名 + 擴(kuò)展名。 0x00x7 字節(jié)記錄文件的主文件名， 0x80xA 記錄文件的擴(kuò)展名，取文件名中的 ASCII 碼值。不記錄主文件名與擴(kuò)展名之間的 "." 主文件名不足 8 個(gè)字符以空白符 (20H) 填充，擴(kuò)展名不足 3 個(gè)字符同樣以空白符 (20H) 填充。 0x0 偏移處的取值若為 00H ，表明目錄項(xiàng)為空；若為 E5H ，表明目錄項(xiàng)曾被使用，但對(duì)應(yīng)的文件或文件夾已被刪除。 ( 這也是誤刪除后

44、恢復(fù)的理論依據(jù) ) 。文件名中的第一個(gè)字符若為 “.” 或 “.” 表示這個(gè)簇記錄的是一個(gè)子目錄的目錄項(xiàng)。 “.” 代表當(dāng)前目錄； “.” 代表上級(jí)目錄 ( 和我們?cè)?dos 或 windows 中的使用意思是一樣的，如果磁盤數(shù)據(jù)被破壞，就可以通過這兩個(gè)目錄項(xiàng)的具體參數(shù)推算磁盤的數(shù)據(jù)區(qū)的起始位置，猜測(cè)簇的大小等等，故而是比較重要的 ) (2) 、 0xB 的屬性字段：可以看作系統(tǒng)將 0xB 的一個(gè)字節(jié)分成 8 位，用其中的一位代表某種屬性的有或無。這樣，一個(gè)字節(jié)中的 8 位每位取不同的值就能反映各個(gè)屬性的不同取值了。如 00000101 就表示這是個(gè)文件，屬性是只讀、系統(tǒng)。 (3) 、 0xC

45、0x15 在原 FAT16 的定義中是保留未用的。在高版本的 WINDOWS 系統(tǒng)中有時(shí)也用它來記錄修改時(shí)間和最近訪問時(shí)間。那樣其字段的意義和 FAT32 的定義是相同的，見后邊 FAT32 。 (4) 、 0x160x17 中的時(shí)間 = 小時(shí) *2048+ 分鐘 *32+ 秒 /2 。得出的結(jié)果換算成 16 進(jìn)制填入即可。也就是： 0x16 字節(jié)的 04 位是以 2 秒為單位的量值； 0x16 字節(jié)的 57 位和 0x17 字節(jié)的 02 位是分鐘； 0x17 字節(jié)的 37 位是小時(shí)。 (5) 、 0x180x19 中的日期 =( 年份 -1980)*512+ 月份 *32+ 日。得出的結(jié)果換

46、算成 16 進(jìn)制填入即可。也就是： 0x18 字節(jié) 04 位是日期數(shù)； 0x18 字節(jié) 57 位和 0x19 字節(jié) 0 位是月份； 0x19 字節(jié)的 17 位為年號(hào)，原定義中 0119 分別代表 19802099 ，目前高版本的 Windows 允許取 0127 ，即年號(hào)最大可以到 2107 年。 (6) 、 0x1A0x1B 存放文件或目錄的表示文件的首簇號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)掌握的首簇號(hào)在 FAT 表中找到入口，然后再跟蹤簇鏈直至簇尾，同時(shí)用 0x1C0x1F 處字節(jié)判定有效性。就可以完全無誤的讀取文件 ( 目錄 ) 了。 (7) 、普通子目錄的尋址過程也是通過其父目錄中的目錄項(xiàng)來指定的，與數(shù)據(jù)文件

47、 ( 指非目錄文件 ) 不同的是目錄項(xiàng)偏移 0xB 的第 4 位置 1 ，而數(shù)據(jù)文件為 0 。 對(duì)于整個(gè) FAT 分區(qū)而言，簇的分配并不完全總是分配干凈的。如一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)為 99 個(gè)扇區(qū)的 FAT 系統(tǒng)，如果簇的大小設(shè)定為 2 扇區(qū)，就會(huì)有 1 個(gè)扇區(qū)無法分配給任何一個(gè)簇。這就是分區(qū)的剩余扇區(qū)，位于分區(qū)的末尾。有的系統(tǒng)用最后一個(gè)剩余扇區(qū)備份本分區(qū)的 DBR ，這也是一種好的備份方法。 早的 FAT16 系統(tǒng)并沒有長文件名一說， Windows 操作系統(tǒng)已經(jīng)完全支持在 FAT16 上的長文件名了。 FAT16 的長文件名與 FAT32 長文件名的定義是相同的，關(guān)于長文件名，在 FAT32 部分再詳

48、細(xì)作解釋。 FAT32 存儲(chǔ)原理： FAT32 是個(gè)非常有功勞的文件系統(tǒng)， Microsoft 成功地設(shè)計(jì)并運(yùn)用了它，直到今天 NTFS 鋪天蓋地襲來的時(shí)候， FAT32 依然占據(jù)著 Microsoft Windows 文件系統(tǒng)中重要的地位。 FAT32 最早是出于 FAT16 不支持大分區(qū)、單位簇容量大以致空間急劇浪費(fèi)等缺點(diǎn)設(shè)計(jì)的。實(shí)際應(yīng)用中， FAT32 還是成功的。 FAT32 與 FAT16 的原理基本上是相同的，圖 4.3.13 標(biāo)出了 FAT32 分區(qū)的基本構(gòu)成。 FAT32 在格式化的過程中就根據(jù)分區(qū)的特點(diǎn)構(gòu)建好了它的 DBR ，其中 BPB 參數(shù)是很重要的，可以回過頭來看一下表

49、 4 和表 5 。首先 FAT32 保留扇區(qū)的數(shù)目默認(rèn)為 32 個(gè)，而不是 FAT16 的僅僅一個(gè)。這樣的好處是有助于磁盤 DBR 指令的長度擴(kuò)展，而且可以為 DBR 扇區(qū)留有備份空間。上面我們已經(jīng)提到，構(gòu)建在 FAT32 上的 win98 或 win2000 、 winXP ，其操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼并非只占一個(gè)扇區(qū)了。留有多余的保留扇區(qū)就可以很好的拓展 OS 引導(dǎo)代碼。在 BPB 中也記錄了 DBR 扇區(qū)的備份扇區(qū)編號(hào)。備份扇區(qū)可以讓我們?cè)诖疟P遭到意外破壞時(shí)恢復(fù) DBR 。 FAT32 的文件分配表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依然和 FAT16 相同，所不同的是， FAT32 將記錄簇鏈的二進(jìn)制位數(shù)擴(kuò)展到了 32

50、 位，故而這種文件系統(tǒng)稱為 FAT32 。 32 位二進(jìn)制位的簇鏈決定了 FAT 表最大可以尋址 2T 個(gè)簇。這樣即使簇的大小為 1 扇區(qū)，理論上仍然能夠?qū)ぶ?1TB 范圍內(nèi)的分區(qū)。但實(shí)際中 FAT32 是不能尋址這樣大的空間的，隨著分區(qū)空間大小的增加， FAT 表的記錄數(shù)會(huì)變得臃腫不堪，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。所以在實(shí)際中通常不格式化超過 32GB 的 FAT32 分區(qū)。 WIN2000 及之上的 OS 已經(jīng)不直接支持對(duì)超過 32GB 的分區(qū)格式化成 FAT32 ，但 WIN98 依然可以格式化大到 127GB 的 FAT32 分區(qū)，但這樣沒必要也不推薦。同時(shí) FAT32 也有小的限制， FAT

51、32 卷必須至少有 65527 個(gè)簇，所以對(duì)于小的分區(qū)，仍然需要使用 FAT16 或 FAT12 。 分區(qū)變大時(shí)，如果簇很小，文件分配表也隨之變大。仍然會(huì)有上面的效率問題存在。既要有效地讀寫大文件，又要最大可能的減少空間的浪費(fèi)。 FAT32 同樣規(guī)定了相應(yīng)的分區(qū)空間對(duì)應(yīng)的簇的大小，見表 12 ： FAT32 簇的取值意義和 FAT16 類似，不過是位數(shù)長了點(diǎn)罷了，比較見表 13 ：FAT32 的另一項(xiàng)重大改革是根目錄的文件化，即將根目錄等同于普通的文件。這樣根目錄便沒有了 FAT16 中 512 個(gè)目錄項(xiàng)的限制，不夠用的時(shí)候增加簇鏈，分配空簇即可。而且，根目錄的位置也不再硬性地固定了，可以存儲(chǔ)

52、在分區(qū)內(nèi)可尋址的任意簇內(nèi)，不過通常根目錄 是最早建立的 ( 格式化就生成了 ) 目錄表。所以，我們看到的情況基本上都是根目錄首簇占簇區(qū)順序上的第 1 個(gè)簇。在圖 4.3.12 中也是按這種情況制作的畫的。 FAT32 對(duì)簇的編號(hào)依然同 FAT16 。順序上第 1 個(gè)簇仍然編號(hào)為第 2 簇，通常為根目錄所用 ( 這和 FAT16 是不同的， FAT16 的根目錄并不占簇區(qū)空間， 32 個(gè)扇區(qū)的根目錄以后才是簇區(qū)第 1 個(gè)簇 ) FAT32 的文件尋址方法與 FAT16 相同，但目錄項(xiàng)的各字節(jié)參數(shù)意義卻與 FAT16 有所不同，一方面它啟用了 FAT16 中的目錄項(xiàng)保留字段，同時(shí)又完全支持長文件名了。 對(duì)于短文件格式的目錄項(xiàng)。其參數(shù)意義見表 14 ： 說明： (1) 、這是 FAT32 短文件格式目錄項(xiàng)的意義。其中文件