FAT32文件系统分析

FAT文件系统分为三个部分：保留区、FAT区和数据区，如下所示：

|--- 保留区 ---|--- FAT1 ---|--- FAT2 ---|--- 数据区 ---|

 

1．  保留区中包含文件系统的一些总体信息，类似于unix文件系统里的超级块信息。

2．  FAT区包含文件的分配表链。

3．  数据区存放实际的文件数据(目录的数据为目录项列表)。

 

本人电脑C盘的空间约为40G，簇大小为32k（簇类似于unix文件系统里的块），通过WinHex工具可以查看文件系统信息，以下为C盘上FAT32文件系统DBR（DOS BOOT SECTOR）的信息，主要包括每个扇区字节数（512），每个簇的扇区数（64,32K的簇），保留扇区数（34），FAT表的个数（2），文件系统扇区数（81931392）及没FAT表扇区数（9999）等。

 

保留区中还包括DBR的备份扇区，FSINFO（记录文件系统中空闲簇数量以及下一个可用簇号灯信息）扇区，保留区后面为FAT区（2个，内容一样），根据保留扇区个数，可以计算出FAT1开始于0x4400（34*512）。

 

FAT表用于组织文件的分配信息，以分配链的形式呈现。FAT32中的每个簇的簇地址，使用32bit记录在FAT表中。FAT表中的所有字节位置以4个字节为单位进行划分，并对所有的字节以0开始进行编号（0号与1号被系统保留），从2号的地址开始，每个地址对应于数据区的簇号，FAT表中的地址编号与数据区中的簇号相同。

 

当文件系统被创建时，分配给FAT区域的空间会被清空，在FAT的0和1号表项中写入特定值（0x0FFFFFFF）。文件系统根目录会被创建，并为根目录分配一个簇的空间（2号簇），并在2号簇对应的FAT表项中写入结束标记（FAT表项非0，代表对应的簇已经被分配，如果表项内容为结束标记，说明对应的簇为文件的最后一个簇，如果对应的表项为其他值，则该值为指向文件下一个簇的簇号）。

数据区的开始位置紧接着FAT区，通过计算可以得到，数据区开始于（34+9999*2）*512，数据区的第一个簇的簇号为2（与FAT对应），可通过如下方式从数据簇号计算簇的起始位置：【保留区扇区数 + FAT扇区数 * FAT表数 + （簇号-2）* 每簇扇区数】。

 

大致的计算：

C盘的扇区数为81931392，则对应C盘的大小为81931392*512 = 40G

数据区的大小（扇区数）为81931392 – 34 – 2 *9999 = 81911360

数据区包含的簇数81911360 / 64 = 1279865

数据区需要的FAT扇区数为 1277865 * 4 / 512 = 9998.9。

 

以上的计算说明FAT表项数略大于数据簇的数目，那么在分区大小确定时，应该如何确定FAT扇区数呢？要确定FAT扇区数，必须先确定系统保留块数，FAT表的个数，以及簇的大小这三个参数。

 

以上述的C盘为例，C盘扇区数为81931392，现在系统需要34个保留扇区，需要2个FAT表，簇的大小为32K，可做如下计算确定FAT表的扇区数。

1．  每个FAT的扇区对应于512/4个簇，也即128 * 64个扇区（32k），1：8192；

2．  由于系统需要2个FAT表，故FAT区与数据区关系应为1:4096；

3．  用于FAT表与数据区的扇区数为81931392 – 34 = 81931358；

4．  每个FAT表的扇区数约为81931358 / 4097 / 2 = 9998.945；

5．  FAT表的表项只能大于或等于数据区的簇数，故应该向上取整，结果为9999。

 

FAT32的目录项：

当新的文件或目录被创建时，FAT32会在其父目录的数据区为新的文件增加目录项，并更新父目录的FAT表。文件的目录项中包含文件第一个簇的簇号，文件属性，文件创建时间，最后写入时间，文件名等信息，对于短目录项（支持8+3长度的文件名），对于文件名很长的文件，则需要建立长目录项（长目录项按逆序存放）。以下三个图的统计信息，分别为普通短目录项，长目录项（0x0F标志）以及卷标目录项。长目录项中包含一个校验和字段，如果一个文件包含多个长目录项，则这些长目录项的校验和字段是相同的。另外，与unix文件系统相同，目录的目录项中包含.和..这两个特殊的目录项。

 

  

 

创建文件（目录）的大致过程（如C:\a\b\c.txt，假设a,b目录已存在，创建c.txt文件）

1.       读取根目录的各个目录项（根目录的第一个簇为2），将目录项的文件名与a进行对比，找到a目录的目录项信息。如果在2号簇上没有找到，则查看2号FAT表项的内容（下一个簇的簇号），在根目录的下一个簇上继续查找，依次类推，直到找到a的目录项信息。

2.       根据a的目录项，获取a目录第一个簇的簇号（通过该簇号能获取a目录所有簇链的簇号信息），依次查找a目录中的各个目录项找到b的信息，过程同1。

3.       为c.txt创建目录项（假设原来不存在c.txt文件），并将其加入到b目录中，如果b目录原来分配簇的空间不够，则为b分配新的簇，并更新FAT表，将c.txt的目录项写到新的簇中（普通文件内容的扩充过程与此类似）。