FAT32文件系统结构研究汇.doc

FAT32 文件系统结构研究 摘 要：Windows98 操作系统引入了FAT32 文件系统,它解决了FAT16 文件系统存在的诸多问题. 但有关FAT32 文件系统技术实质的文章尚不多见. 本文对FAT32 文件系统的结构和技术实质进行了详细分析,揭示了FAT32 文件系统存储和管理文件的算法. 掌握FAT32文件系统的内部结构,可以使读者在更高层次上发挥操作系统的功能. 关键词: 文件分配表；文件目录表；文件系统；操作系统 ? 1. 引言 ?? ? 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。文件系统总体上与FAT16 文件系统变化不大,现将有关变化部分简介如下: ? ? ? ? ? ?(1) FAT32 文件系统将逻辑盘的空间划分为三部分,依次是引导区(BOOT 区) 、文件分配表区(FAT 区) 、数据区(DATA 区) 。引导区和文件分配表区又合称为系统区。?? ? ? (2) 引导区从第一扇区开始,使用了三个扇区,保存了该逻辑盘每扇区字节数,每簇对应的扇区数等等重要参数和引导记录。之后还留有若干保留扇区。而FAT16 文件系统的引导区只占用一个扇区,没有保留扇区。?? ? ? (3)文件分配表区共保存了两个相同的文件分配表,因为文件所占用的存储空间(簇链) 及空闲空间的管理都是通过FAT 实现的, FAT 如此重要,保存两个以便第一个损坏时,还有第二个可用. 为了彻底了解FAT32 文件系统对操作系统的哪些方面进行了改变, 本文对FAT32 文件系统的完整结构进行了深入分析,其中包括对构成FAT32 文件系统的主引导扇区(分区扇区) 、分区引导扇区、FAT 和FDT 表4 个结构的分析.FAT32 文件系统带来了很多好处,随着大容量硬盘的日益普及,使用FAT32 文件系统将是大势所趋. 2. 对FAT32 文件系统主引导扇区的分析 ? ? ? ? 主引导扇区是硬盘独有的一个磁盘控制数据存储区域,是硬盘独有的一个磁盘控制数据存储区域，其首要功能是存储有关硬盘分区的数据，它通常位于硬盘的0 磁头0 柱面1 扇区。由于主引导扇区存放硬盘分区的有关数据，因此又称为分区扇区。分区数据对硬盘是至关重要的，分区数据的丢失或破坏将导致硬盘上的逻辑磁盘不能被系统识别，当然也就无法访问磁盘上存储的文件和数据。 2.1 主引导扇区的传统功能与作用 ?? ? ? ?通过对硬盘主引导扇区程序的分析,其中存储的数据主要由以下3 个部分构成: ?? ? ? 1) 引导系统启动的程序代码?? ? ? 2) 硬盘的分区数据?? ? ? 3) 主引导扇区的有效标志 ?? ? ? 主引导扇区的首要功能是存储有关硬盘分区的数据, 保存了该逻辑盘每扇区字节数,每簇对应的扇区数等等重要参数和引导记录,这些分区数据对硬盘是至关重要的. 分区数据的丢失或破坏将导致硬盘上的逻辑磁盘不能被系统识别,当然也就无法访问磁盘上存储的文件和数据. 2.2 FAT32 文件系统对主引导扇区的改变 ?? ? ? 根据对 FAT32 文件系统主引导扇区的分析可知，FAT32 文件系统的主引导扇区在保持与FAT16 文件系统主引导扇区兼容的基础上，针对FAT32 文件系统的特点作了适当扩展。FAT32文件系统主引导扇区对分区表数据结构的扩展仅限于增加了3 个标识32 位分区的类型标志，这3 个增加的分区类型标志分别为0BH、0CH 和0EH，用于描述FAT32 文件系统的三种分区情况。对于扩展分区，则增加了一个类型标志0FH，表示Windows 98 操作系统扩展分区。类型标志为0BH 表示分区是FAT32 分区，最大分区容量可以达到2047GB；为0CH 表示的意义与0BH 相同，但是对于INT 13H 指令使用扩展的逻辑块地址（LBA）方式；为0EH 表示的意义与06H 相同，但是对于INT 13H 指令使用扩展的逻辑块地址（LBA）方式；为0FH表示的意义与05H 相同（扩展分区），但是同样对于INT 13H 指令使用扩展的逻辑块地址方式。使用扩展的逻辑块地址方式是为了支持容量超过8GB 的大容量硬盘。由于文件系统转化为FAT32 后，分区的类型标志变化为0BH、0CH 和0EH，这些新的类型标志是原来FAT16文件系统所不能识别的，所以当用户使用MS－DOS 操作系统的软盘启动系统后，机器不能识别硬盘的分区数据，当然也不能对硬盘的数据进行访问。 3. 对FAT32 文件系统分区引导扇区的分析 ?? ? ? 硬盘的主引导扇区，分