解析FAT16文件系统

前面总结了usb，现在总结一下fat文件系统，首先看看下文。

该文源于http://blog.ednchina.com/ilove314/226477/message.aspx。既然这位同志总结的这么好了

那偶就不用那么辛苦总结了。

 

首先需要介绍一个工具winhex,江湖上到处流传这种武器的用法是恢复数据，其实这里不是用来恢复，这里是用来读数据，并且创造其镜像。

下面的所有图图都是来至于这个工具。

其次需要看看《FAT16 文件系统格式说明》，这个东东是一个pdf，在网上就可以找到。在看下面的分析，你得首先了解一下FAT16文件系统

的格式吧。知道硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5 部分：MBR 区、DBR 区、FAT 区、DIR 区和DATA 区。

 

引导扇区的信息如下：

 

1.  偏移地址00H，长度3，内容：EB 3C 90 跳转指令。

2.  偏移地址03H，长度8，内容：4D 53 44 4F 53 35 2E 30 为厂商标志和os 版本号，这里是MSDOS5.0。

3.  偏移地址0BH,长度2，内容：00 02。注意这里数据的布局，高地址放高字节，低地址放低字节（数据为小端格式组织），所以数据应该是0200，即512。表示的意思是，该磁盘每个扇区有512个字节。有的可能是1024、2048、4096。

4.  偏移地址0DH，长度1，内容：01。表示的意思是每个簇有1个扇区。这个值不能为0，而且必须是2的整数次方，比如1、2、4、8、16、32、64、128。但是这个值不能使每个簇超过32KB字节。

5.  偏移地址0EH，长度2，内容：08 00。转换一下，就是00 08，意思是保留区域中的保留扇区数为8个。那么就可以知道下面的FAT1区的开始的地址就是：0x08*0x200（每个扇区的字节数）=0x1000。

6.  偏移地址10H，长度1，内容：02。表示此卷中的FAT结构的份数为2，另外一个是备份的。

7.  偏移地址11H，长度2，内容：00 02。转换一下，就是0200H，表示根目录项数(Root Entries) 能够保存在该分区的根目录文件夹中的32个字节长的文件和文件夹名称项的总数。在一个典型的硬盘上，本字段的值为512。

8.  偏移量地址13H，长度2，内容：4D ED。转换一下就是ED4DH，即大约32MB的SD卡存储量。表示小扇区数(Small Sector) 。该分区上的扇区数，表示为16位(<65536)。对大于65536个扇区的分区来说，本字段的值为0，而使用大扇区数来取代它。

9.  偏移地址16H，长度2，内容：EC 00。转换一下为00EC，表示每个FAT占用的扇区数。那么每个扇区占用的字节数就是0x00EC*0x200=0x1D800。根据启动区、FAT1、FAT2、根目录、数据区的次序，可以依次计算出它们的地址了。(教程中给出的偏移地址为24H，但是根据实际的FAT1/FAT2地址的推算，应该是16H地址)

10. 偏移量地址20H，长度2，内容：00 00。表示大扇区数(Large Sector) 。如果小扇区数字段的值为0，本字段就包含该FAT16分区中的总扇区数。如果小扇区数字段的值不为0，那么本字段的值为0。

11. 偏移量地址36H，长度为8，内容：46 41 54 31 36 20 20 20，对于ASCII码为“FAT16”，表示文件系统类型(File System Type) 根据该磁盘格式，该字段的值可以为FAT、FAT12或FAT16

启动区：理所当然是0x00；

FAT1：0x1000；

FAT2：0x1000 + 0x1D800 = 0x1E800；

根目录区：0x1E800 + 0x1D800 = 0x3C000；

数据区的地址，等等再计算。这个只是计算，可以看看是不是和实际的一致。

 

 

 

 

 

 

怎么样，是不是和计算的很一致。

为什么要计算SD数据的读取要给出地址，而且每次读取都是一个整扇区，512个字节。找出这些地址后，可以很方便的找到数据。

 

 

现在分析下根目录区的内容：

 

 

 

这里使用的是FAT16短文件目录项，每32个字节表示一个文件（文件夹也是），32个字节的表示定义分别如下：

FAT16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~0x15	10	系统保留
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	表示文件的首簇号
0x1C~0x1F	4	表示文件的长度

 

1.  偏移地址00H，长度8，内容：驱动器的名称，8个字节。这里的CCD8对应国标码“特”，而C8A8对应国标码“权”，即特权同学给该SD卡起的“特权”一名。

2.  偏移地址20H，长度8，内容：54 45 53 54 20 20 20 20。表示第一个文件名：TEST (空缺部分是空格)。

偏移地址80H，长度8，内容：4E 45 58 54 20 20 20 20。表示第二个文件名：NEXT (空缺部分是空格)。

3.  偏移地址28H（88H也一样），长度3，内容：54 58 54。表示文件类型，为ASCII字符表示。

4.  偏移地址2BH（8BH也一样），长度1，内容：20。表示文件属性，00000000(读写)；00000001(只读)；00000010(隐藏)；00000100(系统)；00001000(卷标)；00010000(子目录)；00100000(归档)。

5.  偏移地址36H，长度2，内容为BA 49。表示时间=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：36H字节的0~4位是以2秒为单位的量值；36H字节的5~7位和37H字节的0~2位是分钟；37H字节的3~7位是小时。

6.  偏移地址38H，长度2，内容为A3 3A。表示日期=(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：38H字节0~4位是日期数；38H字节5~7位和39H字节0位是月份；39H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。

7.  偏移地址3AH，长度2，为该文件开始簇号，这里也是用了小端格式组织。转换下为00 02，根据这个就可以找到文件TEST.txt下一个簇号在FAT1中的位置了。1000H+02H*02H（因为2个字节存一个簇号）= 1004H。

偏移地址3AH，长度2，为该文件开始簇号，这里也是用了小端格式组织。转换下为00 62，根据这个就可以找到文件NEXT.txt下一个簇号在FAT1中的位置了。1000H+62H*02H（因为2个字节存一个簇号）= 10C4H。

8.  偏移地址3CH，长度4，内容：59 BE 00 00。表示文件长度，转换后为00 00 BE 59就是48729字节。

偏移地址9CH，长度4，内容：32 00 00 00。表示文件长度，转换后为00 00 00 32就是50字节。

 

 

 

TEST.txt占用了48KB的空间，NEXT占用了512B的空间。文件是按照整簇来存放的，不够一个簇的大小（由上面算得，一个簇为一个扇区即512B），也要给一个簇的空间。

 

 

计算出该文件放置空间。

从文件的大小可以计算出，需要占用多少个簇。根据前面的数据，每个簇放1个扇区，每个扇区512个字节，那么一个簇的空间就是512字节了。那么48729字节需要96个簇，这96个簇的开始的地址就可以计算出来了。

 

 

    首先要提一点，这个地方也是特权同学找了很多资料才发现的，就是根目录中根文件夹占有32（20H）个扇区应该是固定的（至少对于FAT16应该是这样），所以真正的用户数据存放应该是从根目录地址的32个扇区偏移量后开始算的。

上面已经知道TEST.txt开始簇地址存放在FAT1中的偏移量了：02H，由此可以先计算出TEST.txt的第一簇数据存放地址为：3C000H(根目录地址)+20H*200H(前面提到的用户数据偏移量)+(02H-02H)*01H(1个簇有1个扇区)*200H=40000H。把偏移量-02H意思是簇号在FAT1中存储都是从02H开始的。

而第一个簇地址存放在FAT1中的：1000H（FAT1起始地址）+02H*02H=1004H。而1004H地址上的数据为：03 00，转换后为0003H，那么我们可以计算出TEST.txt第二个簇的地址为：3C000H（根目录区地址）+20H*200H(前面提到的用户数据偏移量)+ (03H-02H)*01H(1个簇有1个扇区)*200H=40200（第一个簇开始地址）。依此类推，一直到FAT1中偏移量为C2处出现了FF FF，这表示TEST.txt文件存储结束，那么前面的0061H就是文件最后一个簇偏移量。我们可以由此算一下文件大小为：（0061H-0002H+0001H(补偿)）=96个簇，和实际相符。

    同样的道理可以算出NEXT.txt文件的存放地址。首先起首地址偏移量为62H，由此可以先计算出NEXT.txt的第一簇数据存放地址为：3C000H(根目录地址)+20H*200H(前面提到的用户数据偏移量)+(62H-02H)*01H(1个簇有1个扇区)*200H=4C000H。而第一个簇地址存放在FAT1中的：1000H（FAT1起始地址）+62H*02H=10C4H。而10C4H地址上的数据为：FF FF,即结束了，也就是说由于NTXT.txt不满一个簇，那么只能分配到一个簇的地址空间。