FAT32文件系统

2.5 FDT与FAT的作用和意义
• 1 FDT的作用 从FDT的结构中分析可知，它主要用于保存文件和目录 的基本信息，包括长文件名登记项。其作用体现在下列 几个方面。 • (1)管理文件 FDT目录项结构信息中，包含了一个文件常见的属性： 文件名，扩展名，建立时间，建立日期，首簇号，文件 长度等重要的基本信息。 • (2)管理目录 为了易于使用和管理，文件系统被设计成树形结构。所 谓的树形结构，就是文件系统只有一个总的入口，
第二章 FAT32文件系统
2.1 FAT32文件系统结构总揽 FAT32文件系统是从微软Windows 95系统的OSR2版本开 始使用的，它能够支持大于32MB小于32GB的分区。虽然 第三方的格式化程序可以把超过32GB的分区格式化为 FAT32，但微软自身的系统不允许将大于32GB的分区格 式化为FAT32文件系统。 FAT32文件系统由DBR及其保留扇区，FAT1，FAT2， DATA区 四个部分组成。
FAT32文件系统结构实例图
2.2 FAT32文件系统DBR
• 2.2.1 DBR的概念和组成 • 什么是DBR? DBR（DOS Boot Record），含义是DOS引导记录， 也称为操作系统引导记录 • FAT32文件系统的DBR（即操作系统引导记录）大体 可以分为5个部分，分别为：跳转指令，OEM代号， BPB（BIOS Parameter Block,BIOS参数块）,引导程 序，结束标志(55AA)。 FAT32文件系统DBR结构模块图 请参照下图
• 2 OEM代号 这部分占８字节，其内容由创建该文件系统的OEM厂商 具体安排。当前DBR中的OEM代号为“MSDOS5.0”， 说明这个FAT32分区是由微软的Windows 2000以上的 操作系统格式化创建的。 • 3 BPB（BIOS Parameter Block） FAT32的BPB从DBR的第12（0BH偏移处）个字节开始， 占有79个字节，记录了有关该文件系统的重要信息，具 体内容如下：
2.2.2 DBR和MBR的异同比较
• 1 DBR和MBR的相同点 (1)所占空间大小相同: DBR与MBR占用相同大小的存储空间，均为1个扇区 (即512字节)。 (2)结束标志相同: DBR和MBR的结束标志都是“55 AA”。
• 2 DBR和MBR的不同点 • （1）功能不同 MBR的主要功能是存放硬盘分区信息和引导系统时检查 分区。 DBR则存放的是分区文件系统参数，同时，设置为活动 分区的DBR将从MBR引导程序接过引导控制权，以装载 操作系统。 • （2） 作用范围和性质不同 MBR和虚拟MBR控制着整个硬盘的所有分区信息， 作用范围是全局性的，其性质是基础性的。而DBR 则存放着有硬盘分区的文件系统参数，作用范围是局 部性的，其性质属于应用性的。通常MBR或1个虚拟 MBR可以定义1~4个不等的分区，而1个DBR只能定义1 个分区的文件系统。
2.4.4 子目录文件管理
• FAT32文件系统下，子目录的结构和根目录的结构是 相同的，唯一有点区别的是子目录目录项中有两个特 殊的目录项（前两个目录项），这两个目录项是子目 录具备的独有特征，也是判断和区分根目录的根本要 素。这个两个特殊的目录项分别是“.”和“..”,其中目 录项“.”表示本目录，“..”表示父目录。如果一个目 录没有这两个特殊目录项，很显然就是根目录。子目 录通过这两个特殊的目录项就形成了目录与目录之间 的双向链表指针的关系，从而就形成了FAT32文件系 统下，文件目录的树形结构关系和遍历关系。
2.3 FAT的概念与结构
• 1 FAT的概念 FAT(File Allocation Table)即文件系统中的文件分配表， 实际上就是一张记录文件存储位置的表格，文件存储位 置用簇号来表示。文件的首簇号存放在FDT(File Directory Table)文件目录表登记项中，后续簇号存放 于FAT。FAT本身由高级格式化程序建立。 • 2 FAT结构 在FAT32文件系统中，一个FAT项是由4个字节(32位)构 成的，由此可以推断出FAT16文件系统中，一个FAT项 是由2个字节(16位)构成的。
• 1 跳转指令 跳转指令本身占用2个字节，它将程序执行流程跳转到 引导程序处，比如当前DBR中的“EB 58”，就是代表汇 编语言的“JMP 58”。需要注意该指令本身占用2字节， 计算跳转目标地址时以该指令的下一个字节为基准，所 以实际执行的下一条指令应该位于5A。紧接着跳转指令 的是一条空指令NOP（90H）。
2.4.2 长文件名目录项
• 所谓的短文件名就是在DOS环境下采用的微软8.3 文件名格式，文件名称的长度不能超过8个字节， 为了克服这个缺陷， FAT32 文件系统启用了长文 件名的结构方式。简单的说，长文件名由一个短 文件名登记项和若干个长文件名登记项组成。长 文件名登记项按倒序方式排列在短文件名登记项 前.
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由FAT32文件系统DBR可以得出下面几项重要内容。 1 每簇多少扇区（本实例：16个扇区） 2 保留扇区数 （本案例：34个扇区） 3 每个FAT表占用的扇区数（本案例：15987个扇区） 4 根目录的第一簇簇号(本案例：第2簇) 备注说明：FAT32文件系统，数据区是从第2簇开始 的，第0簇和第1簇只是概念的意义，实际上没有分配 对应的磁盘空间，因此第2簇是从第[ 34（保留扇区 包括DBR）+15987×2（两个FAT表占用的空间） =]32008 扇区开始的，然后用Winhex对应的跳转扇 区工具跳转到对应的扇区中。跳转后找到相应文件的 FDT记录项。
• (3)管理长文件名 • (4) FDT登记项第11个字节置为0FH时，表示该项为 长文件名登记项。每一个长文件名登记项可以表示13 个双字节内码形式的字符，这些登记项按倒序方式排 列在文件的短文件登记项之前。 • (5) 2 FAT的作用 • (6) FAT以簇号的方式记录文件占用空间的情况。一 个簇号对应一块数据区空间，一个文件可以申请分配 一个或多个簇号。簇号在FAT中可以连续存放，也可 以非连续存放，这取决于数据空闲区域是否含有碎片 ( 空闲区域和已占有区域相互交错 ) 。 FAT 巧妙地运用 簇号与簇号存放在FAT的偏移地址之间的关系，解决 了簇链的表示问题。 FAT32 分区 FAT 地址关系为：下 一簇号地址=当前簇号×4。FAT与FDT联系的纽带就 是FDT登记项中的首簇号。
2.4.3 根目录文件管理
• FAT32文件系统对于根目录下文件的管理，统一在数 据区（DATA）中的根目录区为这些文件创建目录项， 并由FAT表为文件的内容分配簇存放数据。而根目录 区的首簇由格式化程序指派，并把指派的簇号记录在 DBR的BPB中，如果根目录下文件数目过多，这些文 件的目录项在根目录区的首簇存放不下，FAT表就会 为根目录分配新的簇来存放根目录下的文件以及文件 夹的目录项。文件夹可以理解为一种特殊的文件，文 件夹的FDT项和文件的FDT项结构相同。
具体结构如下图：
• 长文件名FDT项结构图
具体内容如下：
• 每一个长文件名登记项有26个字节记录长文件名称，表示 13个Unicode格式的文件名(每个文件名字符需要2个字节)。 顺序字节低5位指明长文件名登记项序号，第6位置“1”表 明本登记项是最后一个，“顺序号”数据结构如下：
• （“顺序号”字节含义图）
这个总的入口就是根目录，在根目录下有文件和子目录。 子目录下用户可以创建更多的文件和下一层子目录，以 此类推，形成一个类似于树形结构的系统。 FDT正是通过其第11字节的设定值（将第五位置0）， 使其变成子目录的登记项，再配合第20，21和第26， 27首簇号，确定该目录的入口地址，从而完成从根目录 到下一层子目录的遍历。同时，子目录下的FDT登记项 中，有一个特殊的目录登记项（文件名为“..”）即 2E 2E，第11个字节属性值是10H（目录）,首簇号值则 指向上一层目录的入口地址。这样FDT目录登记项为文 件系统提供了从子目录向根目录回溯的功能。因此， FDT使得FAT32文件系统具备了在根目录和子目录间双 向访问的能力。
2.4 FDT的概念与结构
• FDT(File Directory Table)文件目录表 是由若干个32个字节表项构成，登记 着分区上的目录，文件和子目录信息。 这些信息包括文件和目录的名称，创 建时间，属性，大小，首簇号。
2.4.1 短文件名目录项
• 下图为短文件名FDT的结构。 (短文件名FDT项结构图)
FAT32文件系统结构图
关于DBR FAT1 FAT2 DATA的概念详解
• 1 DBR及其保留扇区。DBR的全称为DOS Boot Record,含义是DOS引导记录，也称为操作系统引导 记录，在DBR之后往往有一些保留扇区，在这些保留 扇区中，有一个重要的扇区，一般为第六个扇区（相 对于DBR的起始位置），具体位置要参阅DBR中所描 述的位置，这个扇区就是DBR的备份。 • 2 FAT1。FAT的全称为File Allocation Table,含义是文 件分配表，FAT32一般有两份FAT，FAT1是第一份， 也是主FAT。 • 3 FAT2。FAT2是FAT32的第二份文件分配表，也就 是FAT1的备份，称为备份FAT。 • 4 DATA。DATA也就是数据区，是FAT32文件系统的 主要区域，其中包含了目录区。
• 4 引导程序 FAT32的DBR引导程序占用420字节(5AH~1FDH)，在Windows98 之前的系统之下，这段代码负责完成DOS三个系统文件的装入， 在Windows 2000之后的系统中，其负责完成将系统文件NTLDR 装入，对于一个没有安装操作系统的分区来讲，这段程序没有任 何作用。 • 5 结束标志 DBR的结束标志与MBR，EBR的结束标志都相同，为“55 AA”。 • 以上五个部分共占用512字节，正好是一个扇区，因此成它为 DOS引导扇区。该部分的内容中除了第5部分结束标志是固定不变 之外，其余4个部分都是不完全确定的，都因操作系统版本的不同 而不同，也因硬盘的逻辑盘参数的变化而变化。
FAT32文件系统DBR结构模块图wk.baidu.com
FAT32文件系统DBR详细结构图
FAT32文件系统的DBR解析
• FAT32文件系统的DBR（即操作系统引导记录）大体 可以分为5个部分，分别为：跳转指令，OEM代号， BPB（BIOS Parameter Block,BIOS参数块）,引导程序， 结束标志(55AA)。
FAT表项结构图
• 第一 记录磁盘类型 FAT前2个簇为保留簇，不分配给文件使用。FAT第0个字 节表示磁介质类型，与BPB（BIOS Parameter Block）偏 移量15H(磁介质描述符）处的值相同，硬盘用F8H表示。 • 第二 记录文件占用的各簇簇号 以FAT32分区为例，一个文件创建好后，在FAT表里有一 系列的表项值与其对应，一个FAT表项值表明文件占用的 一个簇号并指明下一个簇号的位置。文件的起始簇号存放 在该文件FDT（File Directory Table）的第20，21字节和 第26，27字节。具体来说就是FAT表项值表示一个簇号， 其值乘以4就是下一个表项位置，如此往复从而构成一个 簇链，公式如下： 下一个簇号=【当前簇号×4+FAT表起始地址】取值 直到出现FF FF FF 0F 为止，表示结束。 • 第三 记录可用簇和坏簇 FAT中用00 00 00 00表示空簇（未使用的硬盘空间），用 F7 FF FF FF 表示坏簇。
• (7) 3 FDT与FAT的意义 • (8) 由以上分析可知，管理文件和目录是由 FDT ， FAT 共同合作来完成的。 FDT存放文件和目录的基本 信息， FAT 则管理存储空间的分配，二者通过 FDT的 首簇号相关联。 • (9)在FAT32文件系统下，手工寻找遍历一个文件的 内容（使用硬盘底层软件Winhex）来阐述DBR,FDT 与FAT之间的相互作用和意义。 • 遍历文本文“test .txt”。 • 第一步 首先定位到分区的DBR，也就是分区的首扇 区，套用Winhex对应的模版。 • Winhex自带的FAT32文件系统DBR模版 见下图