文件分配表FAT(File Allocation Table)

  文件分配表是用来表示磁盘文件的空间分配信息的,它不对引导区、文件目录表的信息进行表示，也不真正存储文件内容.    
   
          文件占用磁盘空间时，基本单位不是字节而是簇。簇的大小与磁盘的规格有关，一般情况下，软盘每簇是1个扇区，硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关,为2的n次方,可能是4、8、16、32、64……  
          由于FAT对于文件管理的重要性,所以FAT有一个备份,即在原FAT的后面再建一个同样的FAT。初形成的FAT中所有项都标明为"未占用"，但如果磁盘有局部损坏,那幺格式化程序会检测出损坏的簇，在相应的项中标为"坏簇"，以后存文件时就不会再使用这个簇了。FAT的项数与硬盘上的总簇数相当，每一项占用的字节数也要与总簇数相适应，因为其中需要存放簇号。FAT的格式有多种，最为常见和为读者所熟悉的是FAT16和FAT32，其中FAT16是指文件分配表使用16位数字，由于16位分配表最多能管理65536(即2的16次方)个簇，也就是所规定的一个硬盘分区。  
          由于每个簇的存储空间最大只有32KB，所以在使用FAT16管理硬盘时，每个分区的最大存储容量只有（65536×32   KB）即2048MB，也就是我们常说的2G。现在的硬盘容量是越来越大，由于FAT16对硬盘分区的容量限制，所以当硬盘容量超过2G之后，用户只能将硬盘划分成多个2G的分区后才能正常使用，为此微软公司从Windows   95   OSR2版本开始使用FAT32标准，即使用32位的文件分配表来管理硬盘文件，这样系统就能为文件分配多达4294967296（即2的32次方）个簇，所以在簇同样为32KB时每个分区容量最大可达65G以上。此外使用FAT32管理硬盘时，每个逻辑盘中的簇长度也比使用FAT16标准管理的同等容量逻辑盘小很多。由于文件存储在硬盘上占用的磁盘空间以簇为最小单位，所以某一文件即使只有几十个字节也必须占用整个簇，因此逻辑盘的簇单位容量越小越能合理利用存储空间。所以FAT32更适于大硬盘。    
   
         
  文件占用磁盘空间时，基本单位不是字节而是簇。簇的大小与磁盘的规格有关,一般情况下,软盘每簇是1个扇区.    
   
  硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关,其值见下表:    
   
  分区大小     FAT16   (扇区数/簇)     FAT32   (扇区数/簇)    
  16MB-127MB                     4                     1    
  128MB-255MB                   8                     1    
  256MB-259MB                   16                   1    
  260MB-511MB                   16                   8    
  512MB-1023MB                 32                   8    
  1024MB-2047MB               64                   8    
  2048MB-8GB                 不支持               8    
  8GB-16GB                     不支持               16    
  16GB-32GB                   不支持               32    
  32GB以上                     不支持               64    
   
   
  FAT16及FAT32相關特定值意義如下:  
   
  FAT16  
  1.DBR     第0扇区开始,使用一个扇区,没有保留扇区.  
  2.FAT表长   在DBR第16H处的2字节(表示占用扇区数),FAT1從第1扇區開始      
  3.FAT簇   每簇用16位二进制数表示FAT表中每簇地址占2Bytes  
  4.可用簇号   0002H   -   FFEFH   (   <=   FFEDH[65518]个簇)    
  5.特定簇号   0000H、0001H两簇号不使用,其对应DWORD位置:F8   FF   FF   7F  
    簇值意义   不要把FAT表项内的数字误认为表示当前簇号,而应是该文件的下一个簇的簇号  
  高字节在后低字节在前是存储方式,读出时应进行调整,如两字节12H   34H,实际应为3412H    
  值FFF0H用来表示坏簇   值FFFFH表示文件结束簇  
  特定值表示坏簇,其它值表示为文件占用的下一簇的簇号  
  6.根目录区扇区大小,在DBR第11H的两字节(表示32字节的根目录个数)如值为00   02,则0200H=512个,即512*32字节=16384字节,等于32个扇区  
  7.扇区数量   在DBR第13H处2字节    
   
  FAT32  
  1.DBR   从第0扇区开始,使用三个扇区,保存了该逻辑盘每扇区字节数,每簇对应的扇区数等重要参数和引导记录.(佔用32扇區)  
  2.FAT表长   在DBR第24H处的4字节(表示FAT占用扇区数),FAT1從第32扇區開始.  
  3.FAT簇   FAT表中每簇地址占4Bytes  
  4.可用簇号   00000002H   -   FFFFFEFFH    
  5.特定簇号   0000000H、00000001H两簇号不使用,其对应的两个DWORD位置(FAT表开头的8个字节)用来存放该盘介质类型编号:F8   FF   FF   0F   FF   FF   FF   0F  
  值00000000H表示该簇未被分配值FFFFFF0FH表示是该簇是文件占用的最后一族  
  特定值表示坏簇,其它值表示为文件占用的下一簇的簇号  
  6.根目录区扇区大小,   不再是固定区域和固定大小    
  7.扇区数量   在DBR第20H处的4字节    
   
   
  其它:  
  1.   FAT表按顺序依次记录了该盘各簇的使用情况，是一种位示图法.    
  2.   每簇所占用扇区数见上.    
  3.   微软建议对小于512M的逻辑盘不使用FAT32  
  4.   对于使用FAT16文件系统的硬盘分区时,不要将分区(逻辑盘)容量正好设为某一区间的下限.  
    　    
   
  计算公式：    
  每个扇区长度   =   512字节    
  总簇数   =   逻辑盘容量/簇容量    
  总簇数   =   FAT表长度（字节）/每个表项长度（字节）-   2    
  FAT表长度=逻辑盘容量/簇容量*每个表项长度  
  每个有效的FAT结构区包含两个完全相同的拷贝：FAT1、FAT2    
   
  如:   2G     FAT   16分区格式的HD,   FAT长度为250Sectors,    
          则总簇数=   250   *   512   /   2     -   2   =   63998    
          簇容量(每簇扇区数)   =   2   097   000   000   /   63998   =   32776Bytes   =   64   Sectors    
   
  文件目录表FDT(File   Directory   Table),即根目录(DIR)区,又称为ROOT区  
          紧跟在FAT2的下一个扇区开始,记录着根目录下每个文件(目录)的起始单元,文件的属性等。定位文件位置时,操作系统根据DIR中的起始单元,结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了。  
          如果支持长文件名,则每个表项为64个字节,其中,前32个字节为长文件链接说明；后32个字节为文件属性说明,包括文件长度、起始地址、日期、时间等。如不支持长文件名,则每个表项为32个字节的属性说明。  
   
          根目录下可包含文件和子目录,子目录下又可包含文件和下级子目录.一个子目录也占用一个文件目录项,只不过它的属性字节为10H,文件长度字节为0.一个子目录中的内容是若干个文件目录项或下级子目录项.  
   
  Start   Pos.     Bytes   FAT16                       FAT32    
  00-07               8   文件名                             文件名    
  08-0A               3   文件扩展名                     文件扩展名    
  0B                     1   FAT16://表示属性:     00000000读写   00000001只写   00000010隐含     00000111系统,隐含,只读   00000100系统   00001000卷标   00010000子目录   00100000档案,只要完成写操作并已关闭即置1  
  FAT32://0至5位分别是只读位、隐藏位、系统位、卷标位、子目录位、归档位  
  最高两位保留未用  
     
  0C-0D         2       保留未用                   存储短文件名字节校验和    
  0E-0F         2       保留未用                   文件创建时间    
  10-11         2       保留未用                   文件创建日期    
  12-13         2       保留未用                   最新访问日期    
  14-15         2       保留未用                   文件存放的起始簇号的高16位    
  16-17         2       文件创建时间(hhhhhmmmmmmsssss)                 文件最新修改时间    
  18-19         2       文件创建日期(yyyyyyymmmmddddd）               文件最新修改日期    
  1A-1B         2       文件存放的起始簇号(低字节在前)                   文件存放的起始簇号的低16位    
  1C-1F         4       文件长度                   文件长度    
   
   
  注:目录项中第0~7字节为文件名(若有剩余字节则用空白字符20H填充).  
  其中，第1字节又表明了该文件的状态，它有如下四种取值方式：  
  a.   00H--目录项的空目录。  
  b.   E5H--表示该目录项曾经使用过，但文件已被删除。  
  c.   2EH--表示子目录下的两个特殊文件"."或".."目录项  
  d.   其它任何字符--表示一个文件名(或目录名)的第一个字符的ASCII码值.  
   
   
  数据(DATA)区  
  数据区是真正意义上的数据存储的地方,位于DIR区之后,占据硬盘上的大部分数据空间。  
  文件数据起始地址(扇区号)     =   保留扇区数(DBR)   +   每FAT扇区数   *   2   +   根目录项数/32   (FDT扇区数)   +   每簇扇区数   *   (起始簇号   -   2)  
   
          当一个程序对操作系统要求提供某一个文件的内容时，操作系统会到此文件的目录记录表去寻找它的第一个簇号码,   然后再到FAT记录表里去找在此一链结(Chain)里的下一个簇。   此动作不断的重复直到找到文件的最后一个簇为止，操作系统可以精确的计算那些簇属于这个文件及其先后顺序。经由此方式，操作系统可以提供程序所要求之文件的任何部分。这种组织文件的方式称   为FAT链(FAT   Chain).  
          在FAT文件系统下，文件永远被分配到整数单位的簇。   在一个每一簇大小为32K的1.2GB磁盘中，一个只包含"Hello,World!"这几个字符的大小为12个   字节文件仍要在磁盘中占32K的空间。在簇中没有用到的部分称为耗损(Slack),小文件的耗损几乎与整个簇相当，平均来说，一个文件会有一半左右的耗损。  
          文件的读取:　操作系统从目录区中读取文件信息(包括文件名、后缀名、文件大小、修改日期和文件在数据区保存的第一个簇的簇号),我们这里假设第一个簇号是0023。操作系统从0023簇读取相应的数据,然后再找到FAT的0023单元,如果内容是文件结束标志(FF)，则表示文件结束,否则内容保存数据的下一个簇的簇号，这样重复下去直到遇到文件结束标志。    
   
          文件的写入:当我们要保存文件时，操作系统首先在DIR区中找到空区写入文件名、大小和创建时间等相应信息，然后在Data区找到闲置空间将文件保存，并将Data区的第一个簇写入DIR区，其余的动作和上边的读取动作差不多。  
   
          DOS删除文件时只是把文件目录表中的该文件的表项第0个字节改为E5h，表此表项已被删除，并在文件分配表中把该文件占用各簇的表项清0，以释放空间。其实文件的内容仍在盘上，并没有被真正删除，这就是undelete.exe、unerase.exe等一类恢复删除工具能起作用的原因。