硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)的。硬盤(pán)由一個(gè)或幾個(gè)表面鍍有磁性物質(zhì)的金屬或玻璃等物質(zhì)盤(pán)片以及盤(pán)片兩面所安裝的磁頭和相應(yīng)的控制電路組成(圖1)，其中盤(pán)片和磁頭密封在無(wú)塵的金屬殼中。

    硬盤(pán)工作時(shí)，盤(pán)片以設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)置在盤(pán)片表面的磁頭則在電路控制下徑向移動(dòng)到指定位置然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或讀取出來(lái)。當(dāng)系統(tǒng)向硬盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭中“寫(xiě)數(shù)據(jù)”電流產(chǎn)生磁場(chǎng)使盤(pán)片表面磁性物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變，并在寫(xiě)電流磁場(chǎng)消失后仍能保持，這樣數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)下來(lái)了；當(dāng)系統(tǒng)從硬盤(pán)中讀數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭經(jīng)過(guò)盤(pán)片指定區(qū)域，盤(pán)片表面磁場(chǎng)使磁頭產(chǎn)生感應(yīng)電流或線(xiàn)圈阻抗產(chǎn)生變化，經(jīng)相關(guān)電路處理后還原成數(shù)據(jù)。因此只要能將盤(pán)片表面處理得更平滑、磁頭設(shè)計(jì)得更精密以及盡量提高盤(pán)片旋轉(zhuǎn)速度，就能造出容量更大、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)速度更快的硬盤(pán)。這是因?yàn)楸P(pán)片表面處理越平、轉(zhuǎn)速越快就能越使磁頭離盤(pán)片表面越近，提高讀、寫(xiě)靈敏度和速度；磁頭設(shè)計(jì)越小越精密就能使磁頭在盤(pán)片上占用空間越小，使磁頭在一張盤(pán)片上建立更多的磁道以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。

    二、硬盤(pán)的邏輯結(jié)構(gòu)：

    硬盤(pán)由很多盤(pán)片(platter)組成，每個(gè)盤(pán)片的每個(gè)面都有一個(gè)讀寫(xiě)磁頭。如果有N個(gè)盤(pán)片。就有2N個(gè)面，對(duì)應(yīng)2N個(gè)磁頭(Heads)，從0、1、2開(kāi)始編號(hào)。每個(gè)盤(pán)片被劃分成若干個(gè)同心圓磁道(邏輯上的，是不可見(jiàn)的。)每個(gè)盤(pán)片的劃分規(guī)則通常是一樣的。這樣每個(gè)盤(pán)片的半徑均為固定值R的同心圓再邏輯上形成了一個(gè)以電機(jī)主軸為軸的柱面(Cylinders)，從外至里編號(hào)為0、1、2……每個(gè)盤(pán)片上的每個(gè)磁道又被劃分為幾十個(gè)扇區(qū)(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定規(guī)則編號(hào)為1、2、3……形成Cylinders×Heads×Sector個(gè)扇區(qū)。這三個(gè)參數(shù)即是硬盤(pán)的物理參數(shù)。我們下面的很多實(shí)踐需要深刻理解這三個(gè)參數(shù)的意義。

    三、磁盤(pán)引導(dǎo)原理：

    3.1  MBR(master boot record)扇區(qū)：

    計(jì)算機(jī)在按下power鍵以后，開(kāi)始執(zhí)行主板bios程序。進(jìn)行完一系列檢測(cè)和配置以后。開(kāi)始按bios中設(shè)定的系統(tǒng)引導(dǎo)順序引導(dǎo)系統(tǒng)。假定現(xiàn)在是硬盤(pán)。Bios執(zhí)行完自己的程序后如何把執(zhí)行權(quán)交給硬盤(pán)呢。交給硬盤(pán)后又執(zhí)行存儲(chǔ)在哪里的程序呢。其實(shí)，稱(chēng)為mbr的一段代碼起著舉足輕重的作用。MBR(master boot record),即主引導(dǎo)記錄，有時(shí)也稱(chēng)主引導(dǎo)扇區(qū)。位于整個(gè)硬盤(pán)的0柱面0磁頭1扇區(qū)(可以看作是硬盤(pán)的第一個(gè)扇區(qū))，bios在執(zhí)行自己固有的程序以后就會(huì)jump到mbr中的第一條指令。將系統(tǒng)的控制權(quán)交由mbr來(lái)執(zhí)行。在總共512byte的主引導(dǎo)記錄中，MBR的引導(dǎo)程序占了其中的前446個(gè)字節(jié)(偏移0H~偏移1BDH)，隨后的64個(gè)字節(jié)(偏移1BEH~偏移1FDH)為DPT(Disk PartitionTable，硬盤(pán)分區(qū)表)，最后的兩個(gè)字節(jié)“55 AA”(偏移1FEH~偏移1FFH)是分區(qū)有效結(jié)束標(biāo)志。

    MBR不隨操作系統(tǒng)的不同而不同，意即不同的操作系統(tǒng)可能會(huì)存在相同的MBR，即使不同，MBR也不會(huì)夾帶操作系統(tǒng)的性質(zhì)。具有公共引導(dǎo)的特性。

    我們來(lái)分析一段mbr。下面是用winhex查看的一塊希捷120GB硬盤(pán)的mbr。

    你的硬盤(pán)的MBR引導(dǎo)代碼可能并非這樣。不過(guò)即使不同，所執(zhí)行的功能大體是一樣的。這里找wowocock關(guān)于磁盤(pán)mbr的反編譯，已加了詳細(xì)的注釋?zhuān)信d趣可以細(xì)細(xì)研究一下。

    我們看DPT部分。操作系統(tǒng)為了便于用戶(hù)對(duì)磁盤(pán)的管理。加入了磁盤(pán)分區(qū)的概念。即將一塊磁盤(pán)邏輯劃分為幾塊。磁盤(pán)分區(qū)數(shù)目的多少只受限于C～Z的英文字母的數(shù)目，在上圖DPT共64個(gè)字節(jié)中如何表示多個(gè)分區(qū)的屬性呢?microsoft通過(guò)鏈接的方法解決了這個(gè)問(wèn)題。在DPT共64個(gè)字節(jié)中，以16個(gè)字節(jié)為分區(qū)表項(xiàng)單位描述一個(gè)分區(qū)的屬性。也就是說(shuō)，第一個(gè)分區(qū)表項(xiàng)描述一個(gè)分區(qū)的屬性，一般為基本分區(qū)。第二個(gè)分區(qū)表項(xiàng)描述除基本分區(qū)外的其余空間，一般而言，就是我們所說(shuō)的擴(kuò)展分區(qū)。這部分的大體說(shuō)明見(jiàn)表1。

    注：上表中的超過(guò)1字節(jié)的數(shù)據(jù)都以實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，就是按高位到地位的方式顯示。存儲(chǔ)時(shí)是按低位到高位存儲(chǔ)的。兩者表現(xiàn)不同，請(qǐng)仔細(xì)看清楚。以后出現(xiàn)的表，圖均同。

    也可以在winhex中看到這些參數(shù)的意義：

    說(shuō)明： 每個(gè)分區(qū)表項(xiàng)占用16個(gè)字節(jié)，假定偏移地址從0開(kāi)始。如圖3的分區(qū)表項(xiàng)3。分區(qū)表項(xiàng)4同分區(qū)表項(xiàng)3。

    1、0H偏移為活動(dòng)分區(qū)是否標(biāo)志，只能選00H和80H。80H為活動(dòng)，00H為非活動(dòng)。其余值對(duì)microsoft而言為非法值。

    2、重新說(shuō)明一下(這個(gè)非常重要)：大于1個(gè)字節(jié)的數(shù)被以低字節(jié)在前的存儲(chǔ)格式格式(little endian format)或稱(chēng)反字節(jié)順序保存下來(lái)。低字節(jié)在前的格式是一種保存數(shù)的方法，這樣，最低位的字節(jié)最先出現(xiàn)在十六進(jìn)制數(shù)符號(hào)中。例如，相對(duì)扇區(qū)數(shù)字段的值0x3F000000的低字節(jié)在前表示為0x0000003F。這個(gè)低字節(jié)在前的格式數(shù)的十進(jìn)制數(shù)為63。

    3、系統(tǒng)在分區(qū)時(shí)，各分區(qū)都不允許跨柱面，即均以柱面為單位，這就是通常所說(shuō)的分區(qū)粒度。有時(shí)候我們分區(qū)是輸入分區(qū)的大小為7000M，分出來(lái)卻是6997M，就是這個(gè)原因。 偏移2H和偏移6H的扇區(qū)和柱面參數(shù)中,扇區(qū)占6位(bit)，柱面占10位(bit)，以偏移6H為例，其低6位用作扇區(qū)數(shù)的二進(jìn)制表示。其高兩位做柱面數(shù)10位中的高兩位，偏移7H組成的8位做柱面數(shù)10位中的低8位。由此可知，實(shí)際上用這種方式表示的分區(qū)容量是有限的，柱面和磁頭從0開(kāi)始編號(hào),扇區(qū)從1開(kāi)始編號(hào),所以最多只能表示1024個(gè)柱面×63個(gè)扇區(qū)×256個(gè)磁頭×512byte=8455716864byte。即通常的8.4GB(實(shí)際上應(yīng)該是7.8GB左右)限制。實(shí)際上磁頭數(shù)通常只用到255個(gè)(由匯編語(yǔ)言的尋址寄存器決定),即使把這3個(gè)字節(jié)按線(xiàn)性尋址，依然力不從心。 在后來(lái)的操作系統(tǒng)中，超過(guò)8.4GB的分區(qū)其實(shí)已經(jīng)不通過(guò)C/H/S的方式尋址了。而是通過(guò)偏移CH～偏移FH共4個(gè)字節(jié)32位線(xiàn)性扇區(qū)地址來(lái)表示分區(qū)所占用的扇區(qū)總數(shù)。可知通過(guò)4個(gè)字節(jié)可以表示2^32個(gè)扇區(qū)，即2TB=2048GB，目前對(duì)于大多數(shù)計(jì)算機(jī)而言，這已經(jīng)是個(gè)天文數(shù)字了。在未超過(guò)8.4GB的分區(qū)上，C/H/S的表示方法和線(xiàn)性扇區(qū)的表示方法所表示的分區(qū)大小是一致的。也就是說(shuō)，兩種表示方法是協(xié)調(diào)的。即使不協(xié)調(diào)，也以線(xiàn)性尋址為準(zhǔn)。(可能在某些系統(tǒng)中會(huì)提示出錯(cuò))。超過(guò)8.4GB的分區(qū)結(jié)束C/H/S一般填充為FEH FFH FFH。即C/H/S所能表示的最大值。有時(shí)候也會(huì)用柱面對(duì)1024的模來(lái)填充。不過(guò)這幾個(gè)字節(jié)是什么其實(shí)都無(wú)關(guān)緊要了。

    雖然現(xiàn)在的系統(tǒng)均采用線(xiàn)性尋址的方式來(lái)處理分區(qū)的大小。但不可跨柱面的原則依然沒(méi)變。本分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)加上與前一分區(qū)之間的保留扇區(qū)數(shù)目依然必須是柱面容量的整數(shù)倍。(保留扇區(qū)中的第一個(gè)扇區(qū)就是存放分區(qū)表的MBR或虛擬MBR的扇區(qū)，分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)在線(xiàn)性表示方式上是不計(jì)入保留扇區(qū)的。如果是第一個(gè)分區(qū)，保留扇區(qū)是本分區(qū)前的所有扇區(qū)。

    附：分區(qū)表類(lèi)型標(biāo)志如圖4

    3.2 擴(kuò)展分區(qū)

    擴(kuò)展分區(qū)中的每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器都存在一個(gè)類(lèi)似于MBR的擴(kuò)展引導(dǎo)記錄( Extended Boot Record, EBR)，也有人稱(chēng)之為虛擬mbr或擴(kuò)展mbr，意思是一樣的。擴(kuò)展引導(dǎo)記錄包括一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)表和該扇區(qū)的標(biāo)簽。擴(kuò)展引導(dǎo)記錄將記錄只包含擴(kuò)展分區(qū)中每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)柱面的第一面的信息。一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器中的引導(dǎo)扇區(qū)一般位于相對(duì)扇區(qū)32或63。但是，如果磁盤(pán)上沒(méi)有擴(kuò)展分區(qū)，那么就不會(huì)有擴(kuò)展引導(dǎo)記錄和邏輯驅(qū)動(dòng)器。第一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表中的第一項(xiàng)指向它自身的引導(dǎo)扇區(qū)。第二項(xiàng)指向下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的EBR。如果不存在進(jìn)一步的邏輯驅(qū)動(dòng)器，第二項(xiàng)就不會(huì)使用，而且被記錄成一系列零。如果有附加的邏輯驅(qū)動(dòng)器，那么第二個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表的第一項(xiàng)會(huì)指向它本身的引導(dǎo)扇區(qū)。第二個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表的第二項(xiàng)指向下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的EBR。擴(kuò)展分區(qū)表的第三項(xiàng)和第四項(xiàng)永遠(yuǎn)都不會(huì)被使用。

    通過(guò)一幅4分區(qū)的磁盤(pán)結(jié)構(gòu)圖可以看到磁盤(pán)的大致組織形式。如圖5：

    關(guān)于擴(kuò)展分區(qū)，如圖6所示，擴(kuò)展分區(qū)中邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展引導(dǎo)記錄是一個(gè)連接表。該圖顯示了一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)上的三個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器，說(shuō)明了前面的邏輯驅(qū)動(dòng)器和最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器之間在擴(kuò)展分區(qū)表中的差異。

    除了擴(kuò)展分區(qū)上最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器外，表2中所描述的擴(kuò)展分區(qū)表的格式在每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器中都是重復(fù)的：第一個(gè)項(xiàng)標(biāo)識(shí)了邏輯驅(qū)動(dòng)器本身的引導(dǎo)扇區(qū)，第二個(gè)項(xiàng)標(biāo)識(shí)了下一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的EBR。最后一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的擴(kuò)展分區(qū)表只會(huì)列出它本身的分區(qū)項(xiàng)。最后一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)表的第二個(gè)項(xiàng)到第四個(gè)項(xiàng)被使用。

    擴(kuò)展分區(qū)表項(xiàng)中的相對(duì)扇區(qū)數(shù)字段所顯示的是從擴(kuò)展分區(qū)開(kāi)始到邏輯驅(qū)動(dòng)器中第一個(gè)扇區(qū)的位移的字節(jié)數(shù)?？偵葏^(qū)數(shù)字段中的數(shù)是指組成該邏輯驅(qū)動(dòng)器的扇區(qū)數(shù)目?？偵葏^(qū)數(shù)字段的值等于從擴(kuò)展分區(qū)表項(xiàng)所定義的引導(dǎo)扇區(qū)到邏輯驅(qū)動(dòng)器末尾的扇區(qū)數(shù)。

    有時(shí)候在磁盤(pán)的末尾會(huì)有剩余空間，剩余空間是什么呢？我們前面說(shuō)到，分區(qū)是以1柱面的容量為分區(qū)粒度的，那么如果磁盤(pán)總空間不是整數(shù)個(gè)柱面的話(huà)，不夠一個(gè)柱面的剩下的空間就是剩余空間了，這部分空間并不參與分區(qū)，所以一般無(wú)法利用。照道理說(shuō)，磁盤(pán)的物理模式?jīng)Q定了磁盤(pán)的總?cè)萘烤蛻?yīng)該是整數(shù)個(gè)柱面的容量，為什么會(huì)有不夠一個(gè)柱面的空間呢。在我的理解看來(lái)，本來(lái)現(xiàn)在的磁盤(pán)為了更大的利用空間，一般在物理上并不是按照外圍的扇區(qū)大于里圈的扇區(qū)這種管理方式，只是為了與操作系統(tǒng)兼容而抽象出來(lái)CHS?？赡芷鋵?shí)際空間 zymail@vip.sina.com

    四、FAT分區(qū)原理

    先來(lái)一幅結(jié)構(gòu)圖：

    現(xiàn)在我們著重研究FAT格式分區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)是如何存儲(chǔ)的。FAT分區(qū)格式是MICROSOFT最早支持的分區(qū)格式，依據(jù)FAT表中每個(gè)簇鏈的所占位數(shù)(有關(guān)概念，后面會(huì)講到)分為fat12、fat16、fat32三種格式”變種”，但其基本存儲(chǔ)方式是相似的。

    仔細(xì)研究圖7中的fat16和fat32分區(qū)的組成結(jié)構(gòu)。下面依次解釋DBR、FAT1、FAT2、根目錄、數(shù)據(jù)區(qū)、剩余扇區(qū)的概念。提到的地址如無(wú)特別提示均為分區(qū)內(nèi)部偏移。

    4.1 關(guān)于DBR.

    DBR區(qū)(DOS BOOT RECORD)即操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)的意思，通常占用分區(qū)的第0扇區(qū)共512個(gè)字節(jié)(特殊情況也要占用其它保留扇區(qū)，我們先說(shuō)第0扇)。在這512個(gè)字節(jié)中，其實(shí)又是由跳轉(zhuǎn)指令，廠(chǎng)商標(biāo)志和操作系統(tǒng)版本號(hào)，BPB(BIOS Parameter Block)，擴(kuò)展BPB，os引導(dǎo)程序，結(jié)束標(biāo)志幾部分組成。 以用的最多的FAT32為例說(shuō)明分區(qū)DBR各字節(jié)的含義。見(jiàn)圖8。

    圖8的對(duì)應(yīng)解釋見(jiàn)表3

    圖9給出了winhex對(duì)圖8 DBR的相關(guān)參數(shù)解釋?zhuān)?/P>

    根據(jù)上邊圖例，我們來(lái)討論DBR各字節(jié)的參數(shù)意義。

    MBR將CPU執(zhí)行轉(zhuǎn)移給引導(dǎo)扇區(qū)，因此，引導(dǎo)扇區(qū)的前三個(gè)字節(jié)必須是合法的可執(zhí)行的基于x86的CPU指令。這通常是一條跳轉(zhuǎn)指令，該指令負(fù)責(zé)跳過(guò)接下來(lái)的幾個(gè)不可執(zhí)行的字節(jié)(BPB和擴(kuò)展BPB)，跳到操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼部分。

    跳轉(zhuǎn)指令之后是8字節(jié)長(zhǎng)的OEM ID，它是一個(gè)字符串， OEM ID標(biāo)識(shí)了格式化該分區(qū)的操作系統(tǒng)的名稱(chēng)和版本號(hào)。為了保留與MS-DOS的兼容性，通常Windows 2000格式化該盤(pán)是在FAT16和FAT32磁盤(pán)上的該字段中記錄了“MSDOS 5.0”，在NTFS磁盤(pán)上(關(guān)于ntfs，另述)，Windows 2000記錄的是“NTFS”。通常在被Windows 95格式化的磁盤(pán)上OEM ID字段出現(xiàn)“MSWIN4.0”，在被Windows 95 OSR2和Windows 98格式化的磁盤(pán)上OEM ID字段出現(xiàn)“MSWIN4.1”。

    接下來(lái)的從偏移0x0B開(kāi)始的是一段描述能夠使可執(zhí)行引導(dǎo)代碼找到相關(guān)參數(shù)的信息。通常稱(chēng)之為BPB(BIOS Parameter Block)，BPB一般開(kāi)始于相同的位移量，因此，標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)都處于一個(gè)已知的位置。磁盤(pán)容量和幾何結(jié)構(gòu)變量都被封在BPB之中。由于引導(dǎo)扇區(qū)的第一部分是一個(gè)x86跳轉(zhuǎn)指令。因此，將來(lái)通過(guò)在BPB末端附加新的信息，可以對(duì)BPB進(jìn)行擴(kuò)展。只需要對(duì)該跳轉(zhuǎn)指令作一個(gè)小的調(diào)整就可以適應(yīng)BPB的變化。圖9已經(jīng)列出了項(xiàng)目的名稱(chēng)和取值，為了系統(tǒng)的研究，針對(duì)圖8，將FAT32分區(qū)格式的BPB含義和擴(kuò)展BPB含義釋義為表格，見(jiàn)表4和表5。

    DBR的偏移0x5A開(kāi)始的數(shù)據(jù)為操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼。這是由偏移0x00開(kāi)始的跳轉(zhuǎn)指令所指向的。在圖8所列出的偏移0x00~0x02的跳轉(zhuǎn)指令”EB 58 90″清楚地指明了OS引導(dǎo)代碼的偏移位置。jump 58H加上跳轉(zhuǎn)指令所需的位移量，即開(kāi)始于0x5A。此段指令在不同的操作系統(tǒng)上和不同的引導(dǎo)方式上，其內(nèi)容也是不同的。大多數(shù)的資料上都說(shuō)win98,構(gòu)建于fat基本分區(qū)上的win2000,winxp所使用的DBR只占用基本分區(qū)的第0扇區(qū)。他們提到，對(duì)于fat32，一般的32個(gè)基本分區(qū)保留扇區(qū)只有第0扇區(qū)是有用的。實(shí)際上，以FAT32構(gòu)建的操作系統(tǒng)如果是win98,系統(tǒng)會(huì)使用基本分區(qū)的第0扇區(qū)和第2扇區(qū)存儲(chǔ)os引導(dǎo)代碼；以FAT32構(gòu)建的操作系統(tǒng)如果是win2000或winxp,系統(tǒng)會(huì)使用基本分區(qū)的第0扇區(qū)和第0xC扇區(qū)(win2000或winxp,其第0xC的位置由第0扇區(qū)的0xAB偏移指出)存儲(chǔ)os引導(dǎo)代碼。所以，在fat32分區(qū)格式上，如果DBR一扇區(qū)的內(nèi)容正確而缺少第2扇區(qū)(win98系統(tǒng))或第0xC扇區(qū)(win2000或winxp系統(tǒng))，系統(tǒng)也是無(wú)法啟動(dòng)的。如果自己手動(dòng)設(shè)置NTLDR雙系統(tǒng)，必須知道這一點(diǎn)。

    DBR扇區(qū)的最后兩個(gè)字節(jié)一般存儲(chǔ)值為0x55AA的DBR有效標(biāo)志，對(duì)于其他的取值，系統(tǒng)將不會(huì)執(zhí)行DBR相關(guān)指令。上面提到的其他幾個(gè)參與os引導(dǎo)的扇區(qū)也需以0x55AA為合法結(jié)束標(biāo)志。

    FAT16 DBR：

    FAT32中DBR的含義大致如此，對(duì)于FAT12和FAT16其基本意義類(lèi)似，只是相關(guān)偏移量和參數(shù)意義有小的差異，F(xiàn)AT格式的區(qū)別和來(lái)因，以后會(huì)說(shuō)到，此處不在多說(shuō)FAT12與FAT16。我將FAT16的扇區(qū)參數(shù)意義列表。感興趣的朋友自己研究一下，和FAT32大同小異的。

    4.2  關(guān)于保留扇區(qū)

    在上述FAT文件系統(tǒng)DBR的偏移0x0E處，用2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)保留扇區(qū)的數(shù)目。所謂保留扇區(qū)(有時(shí)候會(huì)叫系統(tǒng)扇區(qū)，隱藏扇區(qū))，是指從分區(qū)DBR扇區(qū)開(kāi)始的僅為系統(tǒng)所有的扇區(qū)，包括DBR扇區(qū)。在FAT16文件系統(tǒng)中，保留扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常設(shè)置為1，即僅僅DBR扇區(qū)。而在FAT32中，保留扇區(qū)的數(shù)據(jù)通常取為32，有時(shí)候用Partition Magic分過(guò)的FAT32分區(qū)會(huì)設(shè)置36個(gè)保留扇區(qū)，有的工具可能會(huì)設(shè)置63個(gè)保留扇區(qū)。

    FAT32中的保留扇區(qū)除了磁盤(pán)總第0扇區(qū)用作DBR，總第2扇區(qū)(win98系統(tǒng))或總第0xC扇區(qū)(win2000,winxp)用作OS引導(dǎo)代碼擴(kuò)展部分外，其余扇區(qū)都不參與操作系統(tǒng)管理與磁盤(pán)數(shù)據(jù)管理，通常情況下是沒(méi)作用的。操作系統(tǒng)之所以在FAT32中設(shè)置保留扇區(qū)，是為了對(duì)DBR作備份或留待以后升級(jí)時(shí)用。FAT32中，DBR偏移0x34占2字節(jié)的數(shù)據(jù)指明了DBR備份扇區(qū)所在，一般為0x06，即第6扇區(qū)。當(dāng)FAT32分區(qū)DBR扇區(qū)被破壞導(dǎo)致分區(qū)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)時(shí)。可以用第6扇區(qū)的原備份替換第0扇區(qū)來(lái)找回?cái)?shù)據(jù)。

    4.3  FAT表和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原則

    FAT表(File Allocation Table 文件分配表)，是Microsoft在FAT文件系統(tǒng)中用于磁盤(pán)數(shù)據(jù)(文件)索引和定位引進(jìn)的一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。假如把磁盤(pán)比作一本書(shū)，F(xiàn)AT表可以認(rèn)為相當(dāng)于書(shū)中的目錄，而文件就是各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。但FAT表的表示方法卻與目錄有很大的不同。

    在FAT文件系統(tǒng)中，文件的存儲(chǔ)依照FAT表制定的簇鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)將組織數(shù)據(jù)時(shí)使用的目錄也抽象為文件，以簡(jiǎn)化對(duì)數(shù)據(jù)的管理。

    ★存儲(chǔ)過(guò)程假想：

    我們模擬對(duì)一個(gè)分區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程來(lái)說(shuō)明FAT文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)原則。

    假定現(xiàn)在有一個(gè)空的完全沒(méi)有存放數(shù)據(jù)的磁盤(pán)，大小為100KB，我們將其想象為線(xiàn)形的空間地址。為了存儲(chǔ)管理上的便利，我們?nèi)藶榈膶⑦@100KB的空間均分成100份，每份1KB。我們來(lái)依次存儲(chǔ)這樣幾個(gè)文件：A.TXT(大小10KB),B.TXT(大小53.6KB)，C.TXT(大小20.5KB)。

    最起碼能夠想到，我們可以順序的在這100KB空間中存放這3個(gè)文件。同時(shí)不要忘了，我們還要記下他們的大小和開(kāi)始的位置，這樣下次要用時(shí)才能找的到，這就像是目錄。為了便于查找，我們假定用第1K的空間來(lái)存儲(chǔ)他們的特征(屬性)。還有，我們?cè)O(shè)計(jì)的存儲(chǔ)單位是1KB，所以，A.TXT我們需要10個(gè)存儲(chǔ)單位(為了說(shuō)明方便，我們把存儲(chǔ)單位叫做“簇”吧。也能少打點(diǎn)字，呵呵。)，B.TXT需要54個(gè)簇，C.TXT需要21個(gè)簇?？赡苡腥藭?huì)說(shuō)B.TXT和C.TXT不是各自浪費(fèi)了不到1簇的空間嗎？干嘛不讓他們緊挨著，不是省地方嗎？我的回答是，如果按照這樣的方式存儲(chǔ)，目錄中原本只需要記下簇號(hào)，現(xiàn)在還需要記下簇內(nèi)的偏移，這樣會(huì)增加目錄的存儲(chǔ)量，而且存取沒(méi)有了規(guī)則，讀取也不太方便，是得不償失的。

    根據(jù)上面所說(shuō)的思想，我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣的圖4.3.1所示的存儲(chǔ)方式。

    我們?cè)倏紤]如何來(lái)寫(xiě)這三個(gè)文件的目錄。對(duì)于每個(gè)文件而言，一定要記錄的有：文件名，開(kāi)始簇，大小，創(chuàng)建日期、時(shí)間，修改日期、時(shí)間，文件的讀寫(xiě)屬性等。這里大小能不能用結(jié)束簇來(lái)計(jì)算呢？一定不能，因?yàn)槲募拇笮〔灰欢ň褪钦麛?shù)個(gè)簇的大小，否則的話(huà)像B.TXT的內(nèi)容就是54KB的內(nèi)容了，少了固然不行，可多了也是不行的。那么我們?cè)趺从涗浤兀靠梢韵胂笠幌?。為了管理上的方便，我們用?shù)據(jù)庫(kù)的管理方式來(lái)管理我們的目錄。于是我把1KB再分成10份，假定開(kāi)始簇號(hào)為0，定義每份100B的各個(gè)位置的代表含義如圖4.3.2

    這樣設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)絕對(duì)可以對(duì)文件進(jìn)行正確的讀寫(xiě)了。接著讓我們?cè)O(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)工作吧。先改動(dòng)個(gè)文件，比如A.TXT，增加點(diǎn)內(nèi)容吧！咦？增加后往哪里放呀，雖然存儲(chǔ)塊的后面有很多空間，但緊隨其后B.TXT的數(shù)據(jù)還頂著呢？要是把A.TXT移到后邊太浪費(fèi)處理資源，而且也不一定解決問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題看來(lái)暫時(shí)解決不了。

    那我們換個(gè)操作，把B.txt刪了，b.txt的空間隨之釋放。這時(shí)候空間如圖4.3.3，目錄如圖4.3.4

    這個(gè)操作看來(lái)還可以，我們接著做，在存入一個(gè)文件D.txt(大小為60.3KB),總共100簇的空間只用了31簇，還有68簇剩余，按說(shuō)能放下?？墒?？往那里放呢？沒(méi)有61個(gè)連續(xù)的空間了，目錄行沒(méi)辦法寫(xiě)了，看來(lái)無(wú)連續(xù)塊存儲(chǔ)暫時(shí)也不行。

    你一定能夠想到我們可以在連續(xù)空間不夠或增加文件長(zhǎng)度的時(shí)候轉(zhuǎn)移影響我們操作的其他文件，從而騰出空間來(lái)，但我要問(wèn)你，那不是成天啥也不要干了，就是倒騰東西了嗎？

    看來(lái)我們?cè)O(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)有致命的漏洞，怎么解決呢？其實(shí)可以這樣解決：

    首先我們?cè)试S文件的不連續(xù)存儲(chǔ)。目錄中依然只記錄開(kāi)始簇和文件的大小。那么我們?cè)趺从涗浳募加媚切┐啬兀晕募成浯夭惶奖?，因?yàn)槲募遣还潭ǖ?。我們換個(gè)思想，可以用簇來(lái)映射文件，在整個(gè)存儲(chǔ)空間的前部留下幾簇來(lái)記錄數(shù)據(jù)區(qū)中數(shù)據(jù)與簇號(hào)的關(guān)系。對(duì)于上例因?yàn)榭偪臻g也不大，所以用前部的1Kb的空間來(lái)記錄這種對(duì)應(yīng)，假設(shè)3個(gè)文件都存儲(chǔ)，空間分配如圖4.3.5，同時(shí)修改一下目錄，如圖4.3.6

    第一簇用來(lái)記錄數(shù)據(jù)區(qū)中每一簇的被占用情況，暫時(shí)稱(chēng)其為文件分配表。結(jié)合文件分配表和文件目錄就可以達(dá)到完全的文件讀取了。我們想到，把文件分配表做成一個(gè)數(shù)據(jù)表，以圖4.3.7的形式記錄簇與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)。

    用圖4.3.7的組織方式是完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文件占有簇的記錄的。但還不夠效率。比如文件名在文件分配表中記錄太多，浪費(fèi)空間，而實(shí)際上在目錄中已經(jīng)記錄了文件的開(kāi)始簇了。所以可以改良一下，用鏈的方式來(lái)存放占有簇的關(guān)系，變成圖4.3.8的組織方式。

    參照?qǐng)D4.3.8來(lái)理解一下文件分配表的意義。如文件a.txt我們根據(jù)目錄項(xiàng)中指定的a.txt的首簇為2，然后找到文件分配表的第2簇記錄，上面登記的是3，我們就能確定下一簇是3。找到文件分配表的第3簇記錄，上面登記的是4，我們就能確定下一簇是4……直到指到第11簇，發(fā)現(xiàn)下一個(gè)指向是FF，就是結(jié)束。文件便絲毫無(wú)誤讀取完畢。

    我們?cè)倏瓷厦嫣岬降牡谌N情況，就是將b.txt刪除以后，存入一個(gè)大小為60.3KB的d.txt。利用簇鏈可以很容易的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)后的磁盤(pán)如圖4.3.9  4.3.10  4.3.11

    上面是我們對(duì)文件存儲(chǔ)的一種假設(shè)，也該揭開(kāi)謎底的時(shí)候了。上面的思想其實(shí)就是fat文件系統(tǒng)的思想的精髓(但并不是，尤其像具體的參數(shù)的意義與我們所舉的例子是完全不同的。請(qǐng)忘掉上邊細(xì)節(jié)，努力記憶下邊)。

    ★FAT16存儲(chǔ)原理:  

    當(dāng)把一部分磁盤(pán)空間格式化為fat文件系統(tǒng)時(shí)，fat文件系統(tǒng)就將這個(gè)分區(qū)當(dāng)成整塊可分配的區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，以便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。一般來(lái)講，其劃分形式如圖7所示。我們把FAT16部分提取出來(lái)，詳細(xì)描述一下：

    FAT16是Microsoft較早推出的文件系統(tǒng)，具有高度兼容性，目前仍然廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦尤其是移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，F(xiàn)AT16簡(jiǎn)單來(lái)講由圖4.3.12所示的6部分組成(主要是前5部分)。引導(dǎo)扇區(qū)(DBR)我們已經(jīng)說(shuō)過(guò),FAT16在DBR之后沒(méi)有留有任何保留扇區(qū)，其后緊隨的便是FAT表。FAT表是FAT16用來(lái)記錄磁盤(pán)數(shù)據(jù)區(qū)簇鏈結(jié)構(gòu)的。像前面我們說(shuō)過(guò)的例子一樣，F(xiàn)AT將磁盤(pán)空間按一定數(shù)目的扇區(qū)為單位進(jìn)行劃分，這樣的單位稱(chēng)為簇。通常情況下，每扇區(qū)512字節(jié)的原則是不變的。簇的大小一般是2n (n為整數(shù))個(gè)扇區(qū)的大小，像512B,1K,2K,4K,8K,16K,32K，64K。實(shí)際中通常不超過(guò)32K。 之所以簇為單位而不以扇區(qū)為單位進(jìn)行磁盤(pán)的分配，是因?yàn)楫?dāng)分區(qū)容量較大時(shí)，采用大小為512b的扇區(qū)管理會(huì)增加fat表的項(xiàng)數(shù)，對(duì)大文件存取增加消耗，文件系統(tǒng)效率不高。分區(qū)的大小和簇的取值是有關(guān)系的，見(jiàn)表9  

    注意：少于32680個(gè)扇區(qū)的分區(qū)中，簇空間大小可最多達(dá)到每個(gè)簇8個(gè)扇區(qū)。不管用戶(hù)是使用磁盤(pán)管理器來(lái)格式化分區(qū)，還是使用命令提示行鍵入format命令格式化，格式化程序都創(chuàng)建一個(gè)12位的FAT。少于16MB的分區(qū)，系統(tǒng)通常會(huì)將其格式化成12位的FAT，F(xiàn)AT12是FAT的初始實(shí)現(xiàn)形式，是針對(duì)小型介質(zhì)的。FAT12文件分配表要比FAT16和FAT32的文件分配表小，因?yàn)樗鼘?duì)每個(gè)條目使用的空間較少。這就給數(shù)據(jù)留下較多的空間。所有用FAT12格式化的5.25英寸軟盤(pán)以及1.44MB的3.5英寸軟盤(pán)都是由FAT12格式化的。除了FAT表中記錄每簇鏈結(jié)的二進(jìn)制位數(shù)與FAT16不同外，其余原理與FAT16均相同，不再單獨(dú)解釋。

    格式化FAT16分區(qū)時(shí)，格式化程序根據(jù)分區(qū)的大小確定簇的大小，然后根據(jù)保留扇區(qū)的數(shù)目、根目錄的扇區(qū)數(shù)目、數(shù)據(jù)區(qū)可分的簇?cái)?shù)與FAT表本身所占空間 來(lái)確定FAT表所需的扇區(qū)數(shù)目，然后將計(jì)算后的結(jié)果寫(xiě)入DBR的相關(guān)位置。

    FAT16 DBR參數(shù)的偏移0x11處記錄了根目錄所占扇區(qū)的數(shù)目。偏移0x16記錄了FAT表所占扇區(qū)的數(shù)據(jù)。偏移0x10記錄了FAT表的副本數(shù)目。系統(tǒng)在得到這幾項(xiàng)參數(shù)以后，就可以確定數(shù)據(jù)區(qū)的開(kāi)始扇區(qū)偏移了。

    FAT16文件系統(tǒng)從根目錄所占的32個(gè)扇區(qū)之后的第一個(gè)扇區(qū)開(kāi)始以簇為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這之前仍以扇區(qū)為單位。對(duì)于根目錄之后的第一個(gè)簇，系統(tǒng)并不編號(hào)為第0簇或第1簇 (可能是留作關(guān)鍵字的原因吧)，而是編號(hào)為第2簇，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)區(qū)順序上的第1個(gè)簇也是編號(hào)上的第2簇。

    FAT文件系統(tǒng)之所以有12，16，32不同的版本之分，其根本在于FAT表用來(lái)記錄任意一簇鏈接的二進(jìn)制位數(shù)。以FAT16為例，每一簇在FAT表中占據(jù)2字節(jié)(二進(jìn)制16位)。所以，F(xiàn)AT16最大可以表示的簇號(hào)為0xFFFF(十進(jìn)制的65535)，以32K為簇的大小的話(huà)，F(xiàn)AT32可以管理的最大磁盤(pán)空間為：32KB×65535=2048MB,這就是為什么FAT16不支持超過(guò)2GB分區(qū)的原因。

    FAT表實(shí)際上是一個(gè)數(shù)據(jù)表，以2個(gè)字節(jié)為單位，我們暫將這個(gè)單位稱(chēng)為FAT記錄項(xiàng)，通常情況其第1、2個(gè)記錄項(xiàng)(前4個(gè)字節(jié))用作介質(zhì)描述。從第三個(gè)記錄項(xiàng)開(kāi)始記錄除根目錄外的其他文件及文件夾的簇鏈情況。根據(jù)簇的表現(xiàn)情況FAT用相應(yīng)的取值來(lái)描述，見(jiàn)表10

    看一幅在winhex所截FAT16的文件分配表，圖10：

    如圖，F(xiàn)AT表以”F8 FF FF FF” 開(kāi)頭，此2字節(jié)為介質(zhì)描述單元，并不參與FAT表簇鏈關(guān)系。小紅字標(biāo)出的是FAT扇區(qū)每2字節(jié)對(duì)應(yīng)的簇號(hào)。

    相對(duì)偏移0x4~0x5偏移為第2簇(順序上第1簇)，此處為FF,表示存儲(chǔ)在第2簇上的文件(目錄)是個(gè)小文件，只占用1個(gè)簇便結(jié)束了。

    第3簇中存放的數(shù)據(jù)是0x0005，這是一個(gè)文件或文件夾的首簇。其內(nèi)容為第5簇，就是說(shuō)接下來(lái)的簇位于第5簇??〉 FAT表指引我們到達(dá)FAT表的第5簇指向，上面寫(xiě)的數(shù)據(jù)是”FF FF”,意即此文件已至尾簇。

    第4簇中存放的數(shù)據(jù)是0x0006，這又是一個(gè)文件或文件夾的首簇。其內(nèi)容為第6簇，就是說(shuō)接下來(lái)的簇位于第6簇??〉FAT表指引我們到達(dá)FAT表的第6簇指向，上面寫(xiě)的數(shù)據(jù)是0x0007，就是說(shuō)接下來(lái)的簇位于第7簇??〉FAT表指引我們到達(dá)FAT表的第7簇指向……直到根據(jù)FAT鏈讀取到扇區(qū)相對(duì)偏移0x1A~0x1B，也就是第13簇，上面寫(xiě)的數(shù)據(jù)是0x000E，也就是指向第14簇??〉14簇的內(nèi)容為”FF FF”，意即此文件已至尾簇。

    后面的FAT表數(shù)據(jù)與上面的道理相同。不再分析。

    FAT表記錄了磁盤(pán)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)鏈表，對(duì)于數(shù)據(jù)的讀取而言是極其重要的，以至于Microsoft為其開(kāi)發(fā)的FAT文件系統(tǒng)中的FAT表創(chuàng)建了一份備份，就是我們看到的FAT2。FAT2與FAT1的內(nèi)容通常是即時(shí)同步的，也就是說(shuō)如果通過(guò)正常的系統(tǒng)讀寫(xiě)對(duì)FAT1做了更改，那么FAT2也同樣被更新。如果從這個(gè)角度來(lái)看，系統(tǒng)的這個(gè)功能在數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)是個(gè)天災(zāi)。

    FAT文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)其實(shí)是一顆有向的從根到葉的樹(shù)，這里提到的有向是指對(duì)于FAT分區(qū)內(nèi)的任一文件(包括文件夾)，均需從根目錄尋址來(lái)找到?？梢赃@樣認(rèn)為：目錄存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的入口就是根目錄。

    FAT文件系統(tǒng)根據(jù)根目錄來(lái)尋址其他文件(包括文件夾)，故而根目錄的位置必須在磁盤(pán)存取數(shù)據(jù)之前得以確定。FAT文件系統(tǒng)就是根據(jù)分區(qū)的相關(guān)DBR參數(shù)與DBR中存放的已經(jīng)計(jì)算好的FAT表(2份)的大小來(lái)確定的。格式化以后，跟目錄的大小和位置其實(shí)都已經(jīng)確定下來(lái)了：位置緊隨FAT2之后，大小通常為32個(gè)扇區(qū)。根目錄之后便是數(shù)據(jù)區(qū)第2簇。

    FAT文件系統(tǒng)的一個(gè)重要思想是把目錄(文件夾)當(dāng)作一個(gè)特殊的文件來(lái)處理，F(xiàn)AT32甚至將根目錄當(dāng)作文件處理(旁：NTFS將分區(qū)參數(shù)、安全權(quán)限等好多東西抽象為文件更是這個(gè)思想的升華)，在FAT16中，雖然根目錄地位并不等同于普通的文件或者說(shuō)是目錄，但其組織形式和普通的目錄(文件夾)并沒(méi)有不同。FAT分區(qū)中所有的文件夾(目錄)文件，實(shí)際上可以看作是一個(gè)存放其他文件(文件夾)入口參數(shù)的數(shù)據(jù)表。所以目錄的占用空間的大小并不等同于其下所有數(shù)據(jù)的大小，但也不等同于0。通常是占很小的空間的，可以看作目錄文件是一個(gè)簡(jiǎn)單的二維表文件。其具體存儲(chǔ)原理是：

    不管目錄文件所占空間為多少簇，一簇為多少字節(jié)。系統(tǒng)都會(huì)以32個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行目錄文件所占簇的分配。這32個(gè)字節(jié)以確定的偏移來(lái)定義本目錄下的一個(gè)文件(或文件夾)的屬性，實(shí)際上是一個(gè)簡(jiǎn)單的二維表。

    這32個(gè)字節(jié)的各字節(jié)偏移定義如表11：

    對(duì)表11中的一些取值進(jìn)行說(shuō)明：

    (1)、對(duì)于短文件名，系統(tǒng)將文件名分成兩部分進(jìn)行存儲(chǔ)，即主文件名+擴(kuò)展名。0x0~0x7字節(jié)記錄文件的主文件名，0x8~0xA記錄文件的擴(kuò)展名，取文件名中的ASCII碼值。不記錄主文件名與擴(kuò)展名之間的”.”  主文件名不足8個(gè)字符以空白符(20H)填充，擴(kuò)展名不足3個(gè)字符同樣以空白符(20H)填充。0x0偏移處的取值若為00H，表明目錄項(xiàng)為空；若為E5H，表明目錄項(xiàng)曾被使用，但對(duì)應(yīng)的文件或文件夾已被刪除。(這也是誤刪除后恢復(fù)的理論依據(jù))。文件名中的第一個(gè)字符若為“.”或“..”表示這個(gè)簇記錄的是一個(gè)子目錄的目錄項(xiàng)?！?”代表當(dāng)前目錄；“..”代表上級(jí)目錄(和我們?cè)赿os或windows中的使用意思是一樣的，如果磁盤(pán)數(shù)據(jù)被破壞，就可以通過(guò)這兩個(gè)目錄項(xiàng)的具體參數(shù)推算磁盤(pán)的數(shù)據(jù)區(qū)的起始位置，猜測(cè)簇的大小等等，故而是比較重要的)

    (2)、0xB的屬性字段：可以看作系統(tǒng)將0xB的一個(gè)字節(jié)分成8位，用其中的一位代表某種屬性的有或無(wú)。這樣，一個(gè)字節(jié)中的8位每位取不同的值就能反映各個(gè)屬性的不同取值了。如00000101就表示這是個(gè)文件，屬性是只讀、系統(tǒng)。

    (3)、0xC~0x15在原FAT16的定義中是保留未用的。在高版本的WINDOWS系統(tǒng)中有時(shí)也用它來(lái)記錄修改時(shí)間和最近訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。那樣其字段的意義和FAT32的定義是相同的，見(jiàn)后邊FAT32。

    (4)、0x16~0x17中的時(shí)間=小時(shí)*2048+分鐘*32+秒/2。得出的結(jié)果換算成16進(jìn)制填入即可。也就是：0x16字節(jié)的0~4位是以2秒為單位的量值；0x16字節(jié)的5~7位和0x17字節(jié)的0~2位是分鐘；0x17字節(jié)的3~7位是小時(shí)。

    (5)、0x18~0x19中的日期=(年份-1980)*512+月份*32+日。得出的結(jié)果換算成16進(jìn)制填入即可。也就是：0x18字節(jié)0~4位是日期數(shù)；0x18字節(jié)5~7位和0x19字節(jié)0位是月份；0x19字節(jié)的1~7位為年號(hào)，原定義中0~119分別代表1980~2099，目前高版本的Windows允許取0~127，即年號(hào)最大可以到2107年。

    (6)、0x1A~0x1B存放文件或目錄的表示文件的首簇號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)掌握的首簇號(hào)在FAT表中找到入口，然后再跟蹤簇鏈直至簇尾，同時(shí)用0x1C~0x1F處字節(jié)判定有效性。就可以完全無(wú)誤的讀取文件(目錄)了。

    (7)、普通子目錄的尋址過(guò)程也是通過(guò)其父目錄中的目錄項(xiàng)來(lái)指定的，與數(shù)據(jù)文件(指非目錄文件)不同的是目錄項(xiàng)偏移0xB的第4位置1，而數(shù)據(jù)文件為0。

    對(duì)于整個(gè)FAT分區(qū)而言，簇的分配并不完全總是分配干凈的。如一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)為99個(gè)扇區(qū)的FAT系統(tǒng)，如果簇的大小設(shè)定為2扇區(qū)，就會(huì)有1個(gè)扇區(qū)無(wú)法分配給任何一個(gè)簇。這就是分區(qū)的剩余扇區(qū)，位于分區(qū)的末尾。有的系統(tǒng)用最后一個(gè)剩余扇區(qū)備份本分區(qū)的DBR，這也是一種好的備份方法。

    早的FAT16系統(tǒng)并沒(méi)有長(zhǎng)文件名一說(shuō)，Windows操作系統(tǒng)已經(jīng)完全支持在FAT16上的長(zhǎng)文件名了。FAT16的長(zhǎng)文件名與FAT32長(zhǎng)文件名的定義是相同的，關(guān)于長(zhǎng)文件名，在FAT32部分再詳細(xì)作解釋。

    ★FAT32存儲(chǔ)原理：

    FAT32是個(gè)非常有功勞的文件系統(tǒng)，Microsoft成功地設(shè)計(jì)并運(yùn)用了它，直到今天NTFS鋪天蓋地襲來(lái)的時(shí)候，F(xiàn)AT32依然占據(jù)著Microsoft Windows文件系統(tǒng)中重要的地位。FAT32最早是出于FAT16不支持大分區(qū)、單位簇容量大以致空間急劇浪費(fèi)等缺點(diǎn)設(shè)計(jì)的。實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)AT32還是成功的。

    FAT32與FAT16的原理基本上是相同的，圖4.3.13標(biāo)出了FAT32分區(qū)的基本構(gòu)成。

    FAT32在格式化的過(guò)程中就根據(jù)分區(qū)的特點(diǎn)構(gòu)建好了它的DBR，其中BPB參數(shù)是很重要的，可以回過(guò)頭來(lái)看一下表4和表5。首先FAT32保留扇區(qū)的數(shù)目默認(rèn)為32個(gè)，而不是FAT16的僅僅一個(gè)。這樣的好處是有助于磁盤(pán)DBR指令的長(zhǎng)度擴(kuò)展，而且可以為DBR扇區(qū)留有備份空間。上面我們已經(jīng)提到，構(gòu)建在FAT32上的win98或win2000、winXP，其操作系統(tǒng)引導(dǎo)代碼并非只占一個(gè)扇區(qū)了。留有多余的保留扇區(qū)就可以很好的拓展OS引導(dǎo)代碼。在BPB中也記錄了DBR扇區(qū)的備份扇區(qū)編號(hào)。備份扇區(qū)可以讓我們?cè)诖疟P(pán)遭到意外破壞時(shí)恢復(fù)DBR。

    FAT32的文件分配表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依然和FAT16相同，所不同的是，F(xiàn)AT32將記錄簇鏈的二進(jìn)制位數(shù)擴(kuò)展到了32位，故而這種文件系統(tǒng)稱(chēng)為FAT32。32位二進(jìn)制位的簇鏈決定了FAT表最大可以尋址2T個(gè)簇。這樣即使簇的大小為1扇區(qū)，理論上仍然能夠?qū)ぶ?TB范圍內(nèi)的分區(qū)。但實(shí)際中FAT32是不能尋址這樣大的空間的，隨著分區(qū)空間大小的增加，F(xiàn)AT表的記錄數(shù)會(huì)變得臃腫不堪，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。所以在實(shí)際中通常不格式化超過(guò)32GB的FAT32分區(qū)。WIN2000及之上的OS已經(jīng)不直接支持對(duì)超過(guò)32GB的分區(qū)格式化成FAT32，但WIN98依然可以格式化大到127GB的FAT32分區(qū)，但這樣沒(méi)必要也不推薦。同時(shí)FAT32也有小的限制，F(xiàn)AT32卷必須至少有65527個(gè)簇，所以對(duì)于小的分區(qū)，仍然需要使用FAT16或FAT12。

    分區(qū)變大時(shí)，如果簇很小，文件分配表也隨之變大。仍然會(huì)有上面的效率問(wèn)題存在。既要有效地讀寫(xiě)大文件，又要最大可能的減少空間的浪費(fèi)。FAT32同樣規(guī)定了相應(yīng)的分區(qū)空間對(duì)應(yīng)的簇的大小，見(jiàn)表12：

    FAT32簇的取值意義和FAT16類(lèi)似，不過(guò)是位數(shù)長(zhǎng)了點(diǎn)罷了，比較見(jiàn)表13：

    FAT32的另一項(xiàng)重大改革是根目錄的文件化，即將根目錄等同于普通的文件。這樣根目錄便沒(méi)有了FAT16中512個(gè)目錄項(xiàng)的限制，不夠用的時(shí)候增加簇鏈，分配空簇即可。而且，根目錄的位置也不再硬性地固定了，可以存儲(chǔ)在分區(qū)內(nèi)可尋址的任意簇內(nèi)，不過(guò)通常根目錄是最早建立的(格式化就生成了)目錄表。所以，我們看到的情況基本上都是根目錄首簇占簇區(qū)順序上的第1個(gè)簇。在圖4.3.12中也是按這種情況制作的畫(huà)的。

    FAT32對(duì)簇的編號(hào)依然同F(xiàn)AT16。順序上第1個(gè)簇仍然編號(hào)為第2簇，通常為根目錄所用(這和FAT16是不同的，F(xiàn)AT16的根目錄并不占簇區(qū)空間，32個(gè)扇區(qū)的根目錄以后才是簇區(qū)第1個(gè)簇) 

    FAT32的文件尋址方法與FAT16相同，但目錄項(xiàng)的各字節(jié)參數(shù)意義卻與FAT16有所不同，一方面它啟用了FAT16中的目錄項(xiàng)保留字段，同時(shí)又完全支持長(zhǎng)文件名了。

    對(duì)于短文件格式的目錄項(xiàng)。其參數(shù)意義見(jiàn)表14：

    說(shuō)明：

    (1)、這是FAT32短文件格式目錄項(xiàng)的意義。其中文件名、擴(kuò)展名、時(shí)間、日期的算法和FAT16時(shí)相同的。

    (2)、由于FAT32可尋址的簇號(hào)到了32位二進(jìn)制數(shù)。所以系統(tǒng)在記錄文件(文件夾)開(kāi)始簇地址的時(shí)候也需要32位來(lái)記錄，F(xiàn)AT32啟用目錄項(xiàng)偏移0x12~0x13來(lái)表示起始簇號(hào)的高16位。

    (3)、文件長(zhǎng)度依然用4個(gè)字節(jié)表示，這說(shuō)明FAT32依然只支持小于4GB的文件(目錄)，超過(guò)4GB的文件(目錄),系統(tǒng)會(huì)截?cái)嗵幚怼?/P>

    FAT32的一個(gè)重要的特點(diǎn)是完全支持長(zhǎng)文件名。長(zhǎng)文件名依然是記錄在目錄項(xiàng)中的。為了低版本的OS或程序能正確讀取長(zhǎng)文件名文件，系統(tǒng)自動(dòng)為所有長(zhǎng)文件名文件創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)應(yīng)的短文件名，使對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)既可以用長(zhǎng)文件名尋址，也可以用短文件名尋址。不支持長(zhǎng)文件名的OS或程序會(huì)忽略它認(rèn)為不合法的長(zhǎng)文件名字段，而支持長(zhǎng)文件名的OS或程序則會(huì)以長(zhǎng)文件名為顯式項(xiàng)來(lái)記錄和編輯，并隱藏起短文件名。

    當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)文件名文件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加上對(duì)應(yīng)的短文件名，其一般有的原則：

    (1)、取長(zhǎng)文件名的前6個(gè)字符加上”~1″形成短文件名，擴(kuò)展名不變。

    (2)、如果已存在這個(gè)文件名，則符號(hào)”~”后的數(shù)字遞增，直到5。

    (3)、如果文件名中”~”后面的數(shù)字達(dá)到5，則短文件名只使用長(zhǎng)文件名的前兩個(gè)字母。通過(guò)數(shù)學(xué)操縱長(zhǎng)文件名的剩余字母生成短文件名的后四個(gè)字母，然后加后綴”~1″直到最后(如果有必要，或是其他數(shù)字以避免重復(fù)的文件名)。

    (4)、如果存在老OS或程序無(wú)法讀取的字符，換以”_”

    長(zhǎng)文件名的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于目錄項(xiàng)偏移為0xB的屬性字節(jié)，當(dāng)此字節(jié)的屬性為：只讀、隱藏、系統(tǒng)、卷標(biāo)，即其值為0FH時(shí)，DOS和WIN32會(huì)認(rèn)為其不合法而忽略其存在。這正是長(zhǎng)文件名存在的依據(jù)。將目錄項(xiàng)的0xB置為0F，其他就任由系統(tǒng)定義了，Windows9x或Windows 2000、XP通常支持不超過(guò)255個(gè)字符的長(zhǎng)文件名。系統(tǒng)將長(zhǎng)文件名以13個(gè)字符為單位進(jìn)行切割，每一組占據(jù)一個(gè)目錄項(xiàng)。所以可能一個(gè)文件需要多個(gè)目錄項(xiàng)，這時(shí)長(zhǎng)文件名的各個(gè)目錄項(xiàng)按倒序排列在目錄表中，以防與其他文件名混淆。

    長(zhǎng)文件名中的字符采用unicode形式編碼(一個(gè)巨大的進(jìn)步哦)，每個(gè)字符占據(jù)2字節(jié)的空間。其目錄項(xiàng)定義如表15。

    系統(tǒng)在存儲(chǔ)長(zhǎng)文件名時(shí)，總是先按倒序填充長(zhǎng)文件名目錄項(xiàng)，然后緊跟其對(duì)應(yīng)的短文件名。從表15可以看出，長(zhǎng)文件名中并不存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)文件的文件開(kāi)始簇、文件大小、各種時(shí)間和日期屬性。文件的這些屬性還是存放在短文件名目錄項(xiàng)中，一個(gè)長(zhǎng)文件名總是和其相應(yīng)的短文件名一一對(duì)應(yīng)，短文件名沒(méi)有了長(zhǎng)文件名還可以讀，但長(zhǎng)文件名如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)的短文件名，不管什么系統(tǒng)都將忽略其存在。所以短文件名是至關(guān)重要的。在不支持長(zhǎng)文件名的環(huán)境中對(duì)短文件名中的文件名和擴(kuò)展名字段作更改(包括刪除，因?yàn)閯h除是對(duì)首字符改寫(xiě)E5H)，都會(huì)使長(zhǎng)文件名形同虛設(shè)。長(zhǎng)文件名和短文件名之間的聯(lián)系光靠他們之間的位置關(guān)系維系顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。其實(shí)，長(zhǎng)文件名的0xD字節(jié)的校驗(yàn)和起很重要的作用，此校驗(yàn)和是用短文件名的11個(gè)字符通過(guò)一種運(yùn)算方式來(lái)得到的。系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的算法來(lái)確定相應(yīng)的長(zhǎng)文件名和短文件名是否匹配。這個(gè)算法不太容易用公式說(shuō)明，我們用一段c程序來(lái)加以說(shuō)明。

    假設(shè)文件名11個(gè)字符組成字符串shortname[],校驗(yàn)和用chknum表示。得到過(guò)程如下：

    int i，j,chknum=0;
    for (i=11; i>0; i–)
        chksum = ((chksum & 1) ? 0x80 : 0) + (chksum >> 1) + shortname[j++];

    如果通過(guò)短文件名計(jì)算出來(lái)的校驗(yàn)和與長(zhǎng)文件名中的0xD偏移處數(shù)據(jù)不相等。系統(tǒng)無(wú)論如何都不會(huì)將它們配對(duì)的。

    依據(jù)長(zhǎng)文件名和短文件名對(duì)目錄項(xiàng)的定義，加上對(duì)簇的編號(hào)和鏈接，F(xiàn)AT32上數(shù)據(jù)的讀取便游刃有余了。

多易