一、硬盤(pán)的物理結(jié)構(gòu)：
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，感興趣可以細(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 位線性扇區(qū)地址來(lái)表示分區(qū)所占用的扇區(qū)總數(shù)?？芍ㄟ^(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，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 。可能其實(shí)際空間
mailto: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：
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， FAT 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)法訪問(wèn)時(shí)?？梢杂玫?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)， FAT 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)， FAT 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。可能有人會(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?？可以想象一下。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?？墒牵客抢锓拍?？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)D 4.3.8 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， FAT16 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， FAT 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 ， FAT12 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， FAT16 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， FAT32 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， FAT 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 ?D?D 〉 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 ?D?D 〉 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 ?D?D 〉 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 ?D?D 〉 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。可以這樣認(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， FAT32 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)?dos 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， FAT32 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， FAT32 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， FAT32 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?1TB 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， FAT 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， FAT32 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 FAT16 。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， FAT16 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， FAT32 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?div style="height:15px;">
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：
(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 ) 。
長(zhǎng)文件名的實(shí)現(xiàn)有賴于目錄項(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。
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， FAT32 上數(shù)據(jù)的讀取便游刃有余了。
