FAT文件系统原理(四)

 

    对图10中的一些取值进行说明:
    (1)、对于短文件名,系统将文件名分成两部分进行存储,即主文件名+扩展名。0x0~0x7字节记录文件的主文件名,0x8~0xA记录文件的扩展名,取文件名中的ASCII码值。不记录主文件名与扩展名之间的"."  主文件名不足8个字符以空白符(20H)填充,扩展名不足3个字符同样以空白符(20H)填充。0x0偏移处的取值若为00H,表明目录项为空;若为E5H,表明目录项曾被使用,但对应的文件或文件夹已被删除。(这也是误删除后恢复的理论依据)。文件名中的第一个字符若为“.”或“..”表示这个簇记录的是一个子目录的目录项。“.”代表当前目录;“..”代表上级目录(和我们在dos或windows中的使用意思是一样的,如果磁盘数据被破坏,就可以通过这两个目录项的具体参数推算磁盘的数据区的起始位置,猜测簇的大小等等,故而是比较重要的)
    (2)、0xB的属性字段:可以看作系统将0xB的一个字节分成8位,用其中的一位代表某种属性的有或无。这样,一个字节中的8位每位取不同的值就能反映各个属性的不同取值了。如00000101就表示这是个文件,属性是只读、系统。
    (3)、0xC~0x15在原FAT16的定义中是保留未用的。在高版本的WINDOWS系统中有时也用它来记录修改时间和最近访问时间。那样其字段的意义和FAT32的定义是相同的,见后边FAT32。
    (4)、0x16~0x17中的时间=小时*2048+分钟*32+秒/2。得出的结果换算成16进制填入即可。也就是:0x16字节的0~4位是以2秒为单位的量值;0x16字节的5~7位和0x17字节的0~2位是分钟;0x17字节的3~7位是小时。
    (5)、0x18~0x19中的
日期=(年份-1980)*512+月份*32+日。得出的结果换算成16进制填入即可。也就是:0x18字节0~4位是日期数;0x18字节5~7位和0x19字节0位是月份;0x19字节的1~7位为年号,原定义中0~119分别代表1980~2099,目前高版本的Windows允许取0~127,即年号最大可以到2107年。
    (6)、0x1A~0x1B存放文件或目录的表示文件的首簇号,系统根据掌握的首簇号在FAT表中找到入口,然后再跟踪簇链直至簇尾,同时用0x1C~0x1F处字节判定有效性。就可以完全无误的读取文件(目录)了。
    (7)、普通子目录的寻址过程也是通过其父目录中的目录项来指定的,与数据文件(指非目录文件)不同的是目录项偏移0xB的第4位置1,而数据文件为0。

    对于整个FAT分区而言,簇的分配并不完全总是分配干净的。如一个数据区为99个扇区的FAT系统,如果簇的大小设定为2扇区,就会有1个扇区无法分配给任何一个簇。这就是分区的剩余扇区,位于分区的末尾。有的系统用最后一个剩余扇区备份本分区的DBR,这也是一种好的备份方法。
    早的FAT16系统并没有长文件名一说,Windows操作系统已经完全支持在FAT16上的长文件名了。
FAT16的长文件名与FAT32长文件名的定义是相同的,关于长文件名,在FAT32部分再详细作解释

★FAT32存储原理:
    FAT32是个非常有功劳的文件系统,Microsoft成功地设计并运用了它,直到今天NTFS铺天盖地袭来的时候,FAT32依然占据着Microsoft Windows文件系统中重要的地位。FAT32最早是出于FAT16不支持大分区、单位簇容量大以致空间急剧浪费等缺点设计的。实际应用中,FAT32还是成功的。
    FAT32与FAT16的原理基本上是相同的,图4.3.12标出了FAT32分区的基本构成。

图4.3.12 Fat32的组织形式
引导扇区 其余保留扇区 FAT1 FAT2(重复的) 根文件夹首簇 其他文件夹及所有文件 剩余扇区
1扇区 31个扇区 实际情况取大小 同FAT1 第2簇   不足一簇
保留扇区     ┗━━━━━━━━数据区━━━━━━━━┛

    FAT32在格式化的过程中就根据分区的特点构建好了它的DBR,其中BPB参数是很重要的,可以回过头来看一下表4和表5。首先FAT32保留扇区的数目默认为32个,而不是FAT16的仅仅一个。这样的好处是有助于磁盘DBR指令的长度扩展,而且可以为DBR扇区留有备份空间。上面我们已经提到,构建在FAT32上的win98或win2000、winXP,其操作系统引导代码并非只占一个扇区了。留有多余的保留扇区就可以很好的拓展OS引导代码。在BPB中也记录了DBR扇区的备份扇区编号。备份扇区可以让我们在磁盘遭到意外破坏时恢复DBR。
    FAT32的文件分配表的数据结构依然和FAT16相同,所不同的是,FAT32将记录簇链的二进制位数扩展到了32位,故而这种文件系统称为FAT32。32位二进制位的簇链决定了FAT表最大可以寻址2T个簇。这样即使簇的大小为1扇区,理论上仍然能够寻址1TB范围内的分区。但实际中FAT32是不能寻址这样大的空间的,随着分区空间大小的增加,FAT表的记录数会变得臃肿不堪,严重影响系统的性能。所以在实际中通常不格式化超过32GB的FAT32分区。WIN2000及之上的OS已经不直接支持对超过32GB的分区格式化成FAT32,但WIN98依然可以格式化大到127GB的FAT32分区,但这样没必要也不推荐。同时FAT32也有小的限制,FAT32卷必须至少有65527个簇,所以对于小的分区,仍然需要使用FAT16或FAT12。
    分区变大时,如果簇很小,文件分配表也随之变大。仍然会有上面的效率问题存在。既要有效地读写大文件,又要最大可能的减少空间的浪费。FAT32同样规定了相应的分区空间对应的簇的大小,见表12:

 

表12  FAT32分区大小与对因簇大小
分区空间大小 每个簇的扇区 簇空间大小
<8GB 8 4k
>=8GB且<16GB 16 8k
>=16GB且<32GB 32 16k
>=32GB 64 32k

    簇的取值意义和FAT16类似,不过是位数长了点罢了,比较见表13:

表13 FAT各系统记录项的取值含义(16进制)
FAT12记录项的取值 FAT16记录项的取值 FAT32记录项的取值 对应簇的表现情况
000 0000 00000000 未分配的簇
002~FFF 0002~FFEF 00000002~FFFFFFEF 已分配的簇
FF0~FF6 FFF0~FFF6 FFFFFFF0~FFFFFFF6 系统保留
FF7 FFF7 FFFFFFF7 坏簇
FF8~FFF FFF8~FFFF FFFFFFF8~FFFFFFFF 文件结束簇


    FAT32的另一项重大改革是根目录的文件化,即将根目录等同于普通的文件。这样根目录便没有了FAT16中512个目录项的限制,不够用的时候增加簇链,分配空簇即可。而且,根目录的位置也不再硬性地固定了,可以存储在分区内可寻址的任意簇内,不过通常根目录是最早建立的(格式化就生成了)目录表。所以,我们看到的情况基本上都是根目录首簇占簇区顺序上的第1个簇。在图4.3.12中也是按这种情况制作的画的。
    FAT32对簇的编号依然同FAT16。顺序上第1个簇仍然编号为第2簇,通常为根目录所用(这和FAT16是不同的,FAT16的根目录并不占簇区空间,32个扇区的根目录以后才是簇区第1个簇)  
    FAT32的文件寻址方法与FAT16相同,但目录项的各字节参数意义却与FAT16有所不同,一方面它启用了FAT16中的目录项保留字段,同时又完全支持长文件名了。
    对于短文件格式的目录项。其参数意义见表14:
 

表14   FAT32短文件目录项32个字节的表示定义
字节偏移(16进制) 字节数 定义
0x0~0x7 8 文件名
0x8~0xA 3 扩展名
0xB* 1 属性字节 00000000(读写)
00000001(只读)
00000010(隐藏)
00000100(系统)
00001000(卷标)
  00010000(子目录)
00100000(归档)
0xC 1 系统保留
0xD 1 创建时间的10毫秒位
0xE~0xF 2 文件创建时间
0x10~0x11 2 文件创建日期
0x12~0x13 2 文件最后访问日期
0x14~0x15 2 文件起始簇号的高16位
0x16~0x17 2 文件的最近修改时间
0x18~0x19 2 文件的最近修改日期
0x1A~0x1B 2 文件起始簇号的低16位
0x1C~0x1F 4 表示文件的长度

 
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