FAT32文件系统结构分析

        FAT&＃xff0c;英文为File Allocation Table&＃xff0c;文档分配表。先要记住几个概念&＃xff1a;
        扇区&＃xff1a;一般扇区为512个字节。
        簇&＃xff1a;由若干个扇区组成&＃xff0c;是存取数据的最小单位。如果簇大小为16K&＃xff0c;文件大小为1字节&＃xff0c;那也要用一个簇来存&＃xff0c;而且该簇不用再拿来他用。

        FAT文件系统就是专门管理这些簇的。一个文件可能占据一个或者多个簇&＃xff0c;按正确的顺序去读取这些簇&＃xff0c;就可以获取这个文件的内容了。

一、FAT32基本结构

FAT32基本结构依次为&＃xff1a;DBR及其保留扇区、FAT表1、FAT表2、根目录和数据区。

1、DBR及其保留扇区

        DBR是文件系统的引导扇区&＃xff0c;位于第0号扇区&＃xff0c;它记录着文件系统的起始位置、大小、FAT表个数及大小等相关信息。后面跟着由若干个扇区组成的保留扇区&＃xff0c;保留扇区的大小记录在DBR中。

0x00~0x02&＃xff1a;3字节&＃xff0c;跳转指令。
0x03~0x0A&＃xff1a;8字节&＃xff0c;文件系统标志和版本号&＃xff0c;这里为MSDOS5.0。
0x0B~0x0C&＃xff1a;2字节&＃xff0c;每扇区字节数&＃xff0c;0x0200&＃61;512字节
0x0D~0x0D&＃xff1a;1字节&＃xff0c;每簇扇区数&＃xff0c;0x08个。
0x0E~0x0F&＃xff1a;2字节&＃xff0c;保留扇区数&＃xff0c;0x0C22&＃61;3106个。
0x10~0x10&＃xff1a;1字节&＃xff0c;FAT表个数&＃xff0c;0x02。
0x11~0x12&＃xff1a;2字节&＃xff0c;FAT32必须等于0&＃xff0c;FAT12/FAT16为根目录中目录的个数&＃xff1b;
0x13~0x14&＃xff1a;2字节&＃xff0c;FAT32必须等于0&＃xff0c;FAT12/FAT16为扇区总数。
0x15~0x15&＃xff1a;1字节&＃xff0c;哪种存储介质&＃xff0c;0xF8标准值&＃xff0c;可移动存储介质。
0x16~0x17&＃xff1a;2字节&＃xff0c;FAT32必须为0&＃xff0c;FAT12/FAT16为一个FAT 表所占的扇区数。
0x18~0x19&＃xff1a;2字节&＃xff0c;每磁道扇区数&＃xff0c;只对于“特殊形状”&＃xff08;由磁头和柱面分割为若干磁道&＃xff09;的存储介质有效&＃xff0c;0x003F&＃61;63。
0x1A~0x1B&＃xff1a;2字节&＃xff0c;磁头数&＃xff0c;只对特殊的介质才有效&＃xff0c;0x00FF&＃61;255。
0x1C~0x1F&＃xff1a;4字节&＃xff0c;EBR分区之前所隐藏的扇区数&＃xff0c;0x0004A800&＃61;305152又出现了呢&＃xff0c;与MBR中地址0x1C6开始的4个字节数值相等。
0x20~0x23&＃xff1a;4字节&＃xff0c;文件系统总扇区数&＃xff0c;0x00E83800&＃61;15218688
0x24~0x27&＃xff1a;4字节&＃xff0c;每个FAT表占用扇区数&＃xff0c;0x000039EF&＃61;14831
0x28~0x29&＃xff1a;2字节&＃xff0c;标记&＃xff0c;此域FAT32 特有。
0x2A~0x2B&＃xff1a;2字节&＃xff0c;FAT32版本号0.0&＃xff0c;FAT32特有。
0x2C~0x2F&＃xff1a;4字节&＃xff0c;根目录所在第一个簇的簇号&＃xff0c;0x02。&＃xff08;虽然在FAT32文件系统下&＃xff0c;根目录可以存放在数据区的任何位置&＃xff0c;但是通常情况下还是起始于2号簇&＃xff09;
0x30~0x31&＃xff1a;2字节&＃xff0c;FSINFO&＃xff08;文件系统信息扇区&＃xff09;扇区号0x01&＃xff0c;该扇区为操作系统提供关于空簇总数及下一可用簇的信息。
0x32~0x33&＃xff1a;2字节&＃xff0c;备份引导扇区的位置。备份引导扇区总是位于文件系统的6号扇区。
0x34~0x3F&＃xff1a;12字节&＃xff0c;用于以后FAT 扩展使用。
0x40~0x40&＃xff1a;1字节&＃xff0c;与FAT12/16 的定义相同&＃xff0c;只不过两者位于启动扇区不同的位置而已。
0x41~0x41&＃xff1a;1字节&＃xff0c;与FAT12/16 的定义相同&＃xff0c;只不过两者位于启动扇区不同的位置而已 。
0x42~0x42&＃xff1a;1字节&＃xff0c;扩展引导标志&＃xff0c;0x29。与FAT12/16 的定义相同&＃xff0c;只不过两者位于启动扇区不同的位置而已
0x43~0x46&＃xff1a;4字节&＃xff0c;卷序列号。通常为一个随机值。
0x47~0x51&＃xff1a;11字节&＃xff0c;卷标&＃xff08;ASCII码&＃xff09;&＃xff0c;如果建立文件系统的时候指定了卷标&＃xff0c;会保存在此。
0x52~0x59&＃xff1a;8字节&＃xff0c;文件系统格式的ASCII码&＃xff0c;FAT32。
0x5A~0x1FD&＃xff1a;共410字节&＃xff0c;引导代码。
0x1FE~0x1FF&＃xff1a;签名标志“55 AA”。 

2、FSINFO扇区

        FAT32在保留区中增加了一个FSINFO扇区&＃xff0c;用以记录文件系统中空闲簇的数量以及下一可用簇的簇号等信息&＃xff0c;以供操作系统作为参考。FSINFO信息扇区一般位于文件系统的1号扇区&＃xff0c;结构非常简单。

0x200~0x203&＃xff1a;4个字节&＃xff0c;扩展引导标志“52 52  61  41”。
0x204~0x3E3&＃xff1a;480个字节&＃xff0c;未使用&＃xff0c;全部置0。
0x3E4~0x3E7&＃xff1a;4个字节&＃xff0c;FSINFO签名“72  72  41  61”。
0x3E8~0x3EB&＃xff1a;4个字节&＃xff0c;文件系统的空簇数&＃xff0c;FF  FF  FF  FF,这个值感觉有问题&＃xff0c;格式化SD卡新建一个小于4K的文件&＃xff0c;此处的值变成1C  F6  FE&＃xff0c;所以上面的值应该为0x1FF6FF&＃xff0c;猜测可能是由于格式化之后就会将此处置FF&＃xff0c;新建文件后才会恢复。
0x3EC~0x3EF&＃xff1a;4个字节&＃xff0c;下一可用簇号&＃xff08;0x00000002&＃xff09;。
0x3F0~0x3FD&＃xff1a;14个字节&＃xff0c;未使用。
0x3FE~0x3FF&＃xff1a;2个字节&＃xff0c;“55 AA”标志。 
温馨提示&＃xff1a;通常情况下&＃xff0c;文件系统的2号扇区结尾也会被设置“55 AA”标志。6号扇区也会有一个引导扇区的备份&＃xff0c;相应的7号扇区应该是一个备份FSINFO信息扇区&＃xff0c;8号扇区可以看做是2号扇区的备份。

2、FAT1&＃xff1a;FAT的含义是文件分配表&＃xff0c;FAT32一般有两份FAT&＃xff0c;FAT1是第一份&＃xff0c;也是主FAT。

      FAT2&＃xff1a;FAT2是FAT32的第二份文件分配表&＃xff0c;也是FAT1的备份&＃xff0c;跟在FAT1的后面。

        文件系统用簇作为基本单位来存放文件的数据。对于小文件&＃xff0c;只需要用到一个簇来保存文件的所有数据。对于大文件&＃xff0c;就需要分配多个簇&＃xff0c;存放同一个文件的簇不一定连续&＃xff0c;这就需要把簇的前后关系用FAT表来存放表示。

        与FAT16类似&＃xff0c;FAT32用32bit来描述一个簇。第0、1、2、3个字节表示第0个簇&＃xff0c;第4、5、6、7个字节表示第1个簇&＃xff0c;第8、9、10、11个字节表示第2个簇…就这样&＃xff0c;每个簇都有4个和它对应的字节&＃xff0c;这4个字节里面存放的数据就是文件中下一个簇大小数据所在的簇号。
        比如要读new.txt文件&＃xff0c;从根目录中找到了它&＃xff0c;读它的根目录信息知道它的第一个簇的簇号是5&＃xff0c;于是把第5号簇的数据送出去&＃xff0c;在FAT表中5号簇是第20、21、22、23字节来表示的&＃xff0c;于是去读第20、21、22、23字节&＃xff0c;得到00000007&＃xff0c;知道了文件接下来的数据保存在7号簇中&＃xff0c;把7号簇的数据送出去&＃xff0c;又去读第28、29、30、31字节的数据&＃xff0c;得到FFFFFFFF&＃xff0c;说明文件到末尾了。

3、根目录和数据区&＃xff1a;

        根目录就是保存盘中有哪些文件&＃xff0c;该文件相关信息的地方。用32字节表示一个对象。当从文件系统中读文件的时候&＃xff0c;比如读TEST.txt文件就是先在根目录中找到该文件&＃xff0c;然后读它的信息&＃xff0c;得到它的起始簇号&＃xff0c;接着把起始簇号的数据送出去&＃xff0c;然后去FAT表得到接下来数据保存的簇号&＃xff0c;把对于数据送出去&＃xff0c;一直到结束。

0x00-0x07&＃xff1a;文件名&＃xff0c;不足8个字节0x20补全(短文件名8.3命名规则)
0x08-0x0A&＃xff1a;扩展名
0x0B&＃xff1a;文件属性&＃xff0c;0x20表示归档
0x0D&＃xff1a;创建时间的10毫秒位
0x0E-0x0F&＃xff1a;文件创建时间
0x10-0x11&＃xff1a;文件创建日期
0x12-0x13&＃xff1a;文件最后访问日期
0x14-0x15&＃xff1a;文件起始簇号的高16位 0x0000
0x16-0x17&＃xff1a;文件最近修改时间
0x18-0x19&＃xff1a;文件最近修改日期
0x1A-0x1B&＃xff1a;文件起始簇号的低16位 0x0003
0x1C-0x1F&＃xff1a;文件的长度&＃xff0c;0x2206&＃61;8710bytes&＃61;8.5K