1.前言
本文主要以一个示例来分析FAT32文件系统的格式，对FAT32文件系统的各个区域详细分析。
2.FAT32文件系统典型分区
3.FAT32文件系统示例
按如下步骤在ubuntu下创建FAT32文件系统：
1.chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:~$ cd /tmp/
2.创建文件test.img
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ sudo dd if=/dev/zero of=test.img bs=512 count=80000
3.创建FAT32文件系统
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ sudo mkfs.vfat -F 32 test.img
4.将test.img挂载在/mnt
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ sudo mount test.img /mnt
5.创建test1 test2 test3三个目录
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/mnt$ sudo mkdir test1 test2 test3
6.在test1下创建test1-1 test1-1-1目录
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/mnt$ cd test1
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/mnt/test1$ sudo mkdir test1-1
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/mnt/test1$ cd test1-1/
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/mnt/test1/test1-1$ sudo mkdir test1-1-1
7.创建hello.txt文件，写入内容,拷贝到test1/test1-1/test1-1-1下
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ touch hello.txt
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ echo you are my friend! > hello.txt
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ sudo cp hello.txt /mnt/test1/test1-1/test1-1-1/
8.执行完如上步骤后，通过hexdump查看文件系统内容
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ sudo umount /mnt
chenbo@chenbo-ThinkPad-R61:/tmp$ hexdump -C test.img
00000000 eb 58 90 6d 6b 66 73 2e 66 61 74 00 02 01 20 00 |.X.mkfs.fat... .|
00000010 02 00 00 00 00 f8 00 00 20 00 40 00 00 00 00 00 |........ .@.....|
00000020 80 38 01 00 68 02 00 00 00 00 00 00 02 00 00 00 |.8..h...........|
00000030 01 00 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
00000040 80 00 29 80 73 bc 92 4e 4f 20 4e 41 4d 45 20 20 |..).s..NO NAME |
00000050 20 20 46 41 54 33 32 20 20 20 0e 1f be 77 7c ac | FAT32 ...w|.|
00000060 22 c0 74 0b 56 b4 0e bb 07 00 cd 10 5e eb f0 32 |".t.V.......^..2|
00000070 e4 cd 16 cd 19 eb fe 54 68 69 73 20 69 73 20 6e |.......This is n|
00000080 6f 74 20 61 20 62 6f 6f 74 61 62 6c 65 20 64 69 |ot a bootable di|
00000090 73 6b 2e 20 20 50 6c 65 61 73 65 20 69 6e 73 65 |sk. Please inse|
000000a0 72 74 20 61 20 62 6f 6f 74 61 62 6c 65 20 66 6c |rt a bootable fl|
000000b0 6f 70 70 79 20 61 6e 64 0d 0a 70 72 65 73 73 20 |oppy and..press |
000000c0 61 6e 79 20 6b 65 79 20 74 6f 20 74 72 79 20 61 |any key to try a|
000000d0 67 61 69 6e 20 2e 2e 2e 20 0d 0a 00 00 00 00 00 |gain ... .......|
000000e0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
000001f0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa |..............U.|
00000200 52 52 61 41 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |RRaA............|
00000210 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
000003e0 00 00 00 00 72 72 41 61 89 33 01 00 08 00 00 00 |....rrAa.3......|
000003f0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa |..............U.|
00000400 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
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00000c10 02 00 00 00 00 f8 00 00 20 00 40 00 00 00 00 00 |........ .@.....|
00000c20 80 38 01 00 68 02 00 00 00 00 00 00 02 00 00 00 |.8..h...........|
00000c30 01 00 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
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00000c60 22 c0 74 0b 56 b4 0e bb 07 00 cd 10 5e eb f0 32 |".t.V.......^..2|
00000c70 e4 cd 16 cd 19 eb fe 54 68 69 73 20 69 73 20 6e |.......This is n|
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00000ce0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
00000df0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa |..............U.|
00000e00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
00004000 f8 ff ff 0f ff ff ff 0f f8 ff ff 0f ff ff ff 0f |................|
00004010 ff ff ff 0f ff ff ff 0f ff ff ff 0f ff ff ff 0f |................|
00004020 ff ff ff 0f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
00004030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
00051000 f8 ff ff 0f ff ff ff 0f f8 ff ff 0f ff ff ff 0f |................|
00051010 ff ff ff 0f ff ff ff 0f ff ff ff 0f ff ff ff 0f |................|
00051020 ff ff ff 0f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
00051030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009e000 41 74 00 65 00 73 00 74 00 31 00 0f 00 2e 00 00 |At.e.s.t.1......|
0009e010 ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 00 00 ff ff ff ff |................|
0009e020 54 45 53 54 31 20 20 20 20 20 20 10 00 00 ba 23 |TEST1 ....#|
0009e030 4d 4c 4d 4c 00 00 ba 23 4d 4c 03 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e040 41 74 00 65 00 73 00 74 00 32 00 0f 00 9a 00 00 |At.e.s.t.2......|
0009e050 ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 00 00 ff ff ff ff |................|
0009e060 54 45 53 54 32 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |TEST2 ....#|
0009e070 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 04 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e080 41 74 00 65 00 73 00 74 00 33 00 0f 00 76 00 00 |At.e.s.t.3...v..|
0009e090 ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 00 00 ff ff ff ff |................|
0009e0a0 54 45 53 54 33 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |TEST3 ....#|
0009e0b0 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 05 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e0c0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009e200 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |. ....#|
0009e210 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 03 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e220 2e 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |.. ....#|
0009e230 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 00 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e240 41 74 00 65 00 73 00 74 00 31 00 0f 00 a7 2d 00 |At.e.s.t.1....-.|
0009e250 31 00 00 00 ff ff ff ff ff ff 00 00 ff ff ff ff |1...............|
0009e260 54 45 53 54 31 2d 31 20 20 20 20 10 00 64 c3 23 |TEST1-1 ..d.#|
0009e270 4d 4c 4d 4c 00 00 c3 23 4d 4c 06 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e280 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009e400 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |. ....#|
0009e410 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 04 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e420 2e 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |.. ....#|
0009e430 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 00 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e440 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009e600 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |. ....#|
0009e610 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 05 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e620 2e 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 a1 23 |.. ....#|
0009e630 4d 4c 4d 4c 00 00 a1 23 4d 4c 00 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e640 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009e800 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 ba 23 |. ....#|
0009e810 4d 4c 4d 4c 00 00 ba 23 4d 4c 06 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e820 2e 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 00 ba 23 |.. ....#|
0009e830 4d 4c 4d 4c 00 00 ba 23 4d 4c 03 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009e840 41 74 00 65 00 73 00 74 00 31 00 0f 00 0e 2d 00 |At.e.s.t.1....-.|
0009e850 31 00 2d 00 31 00 00 00 ff ff 00 00 ff ff ff ff |1.-.1...........|
0009e860 54 45 53 54 31 2d 7e 31 20 20 20 10 00 64 45 24 |TEST1-~1 ..dE$|
0009e870 4d 4c 4d 4c 00 00 45 24 4d 4c 07 00 00 00 00 00 |MLML..E$ML......|
0009e880 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009ea00 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 64 c3 23 |. ..d.#|
0009ea10 4d 4c 4d 4c 00 00 c3 23 4d 4c 07 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009ea20 2e 2e 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00 64 c3 23 |.. ..d.#|
0009ea30 4d 4c 4d 4c 00 00 c3 23 4d 4c 06 00 00 00 00 00 |MLML...#ML......|
0009ea40 41 68 00 65 00 6c 00 6c 00 6f 00 0f 00 f1 2e 00 |Ah.e.l.l.o......|
0009ea50 74 00 78 00 74 00 00 00 ff ff 00 00 ff ff ff ff |t.x.t...........|
0009ea60 48 45 4c 4c 4f 20 20 20 54 58 54 20 00 64 45 24 |HELLO TXT .dE$|
0009ea70 4d 4c 4d 4c 00 00 45 24 4d 4c 08 00 13 00 00 00 |MLML..E$ML......|
0009ea80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
0009ec00 79 6f 75 20 61 72 65 20 6d 79 20 66 72 69 65 6e |you are my frien|
0009ec10 64 21 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |d!..............|
0009ec20 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
027100004
4.示例解析
对如上创建的文件系统进行解析如下。
4.1 保留区
4.1.1 BPB和启动扇区
启动跳转：本身占2字节它将程序执行流程跳转到引导程序处。
OEMNAME：这部分占8字节，其内容由创建该文件系统的OEM厂商具体安排。
详细参数请参见：FAT文件系统规范v1.03学习笔记---1.保留区之启动扇区与BPB
4.1.2 引导程序
引导程序代码：FAT32的DBR引导程序占用420字节，对于没有安装操作系统的分区来说这段程序是没有用处的。
结束标志：为“55 AA”
4.1.3 FSInfo区
FAT32文件系统在保留区中安排了一个文件系统信息扇区，用以记录数据区中空闲簇的数量及下一个空闲簇的簇号，该扇区一般在分区的1号扇区，也就是紧跟着BPB和启动扇区后的一个扇区
详细请参见：FAT文件系统规范v1.03学习笔记---1.保留区之 Fat32 FSInfo扇区结构和备份启动扇区
4.1.4 BPB与启动扇区备份
4.1.5 保留区之剩余部分空间
4.2 FAT区
FAT区一般为两个，用于备份。对于FAT32每4个字节表示一簇，用来表示簇的状态。由BPB分区中FATsz32可知FAT区大小为0x0268个也就是616个扇区。
- FAT表结构及作用
（1）FAT32文件一般有两份FAT，他们由格式化程序在对分区进行格式化时创建，FAT1是主，FAT2是备份。
（2）FAT1跟在保留分区之后，其具体地址由BPB参数中指定，FAT2跟在FAT1的后面。
（3）FAT表由FAT表项构成，我们把FAT表项简称FAT项，每个FAT项占用4字节。
（4）每个FAT项都有一个固定的编号，这个编号从0开始。
（5）FAT表项的前两个FAT项为文件系统保留使用，0号FAT为介质类型，1号FAT为文件系统错误标志。
（6）分区的数据区中每个簇都会映射到FAT表中的唯一一个FAT项，因为0号FAT和1号FAT被系统占用，用户的数据从2号FAT开始记录。
（7）如果某个文件占用很多个簇，则第一个FAT项记录下一个FAT项的编号（既簇号），如果这个文件结束了，则用“0F FF FF FF”表示。
（8）分区格式化后，用户文件以簇为单位存放在数据区中，一个文件至少占用一个簇。
（9）FAT的主要作用是标明分区存储的介质以及簇的使用情况
- 定位FAT绝对位置的方法
（1）首先从MBR的分区表中得知分区的起始扇区，偏移到此扇区（我的是单分区，没有分区表？）。
（2）从DBR的BPB中得知DBR的保留扇区数，FAT表的个数，FAT表的大小。
（3）因此FAT1=分区起始扇区+保留扇区数，FAT2=分区起始扇区+保留扇区数+FAT1大小。
4.3 文件与目录数据区
由于0号簇和1号簇用于特殊用途，实际目录和文件是从2号簇开始存放
由hello.txt目录项可知它的内容存储在0x00000008的簇（8号簇）里面，如下图：
再去回看前面FAT区中8号簇的状态为0ffffffff，表示这是最后一个簇
- 数据区的定位方式
数据区的位置在FAT2的后面，具体定位方式如下；
（1）通过MBR中的分区表信息得知分区的起始位置。
（2）通过分区中BPB保留扇区数以及FAT表的大小，FAT表的个数。
（3）通过上面的信息就可以找到数据区的起始位置，根目录=数据区的起始扇区+（簇大小*2）。
- 数据区分类
数据区的内容主要由三部分组成：根目录，子目录和文件内容。在数据区中是以“簇”为单位进行存储的，2号簇被分配给根目录使用。
- 根目录的定位方式
根目录=分区起始扇区+DBR保留扇区+（FAT表*2）+（簇大小*2）
FAT32文件系统中，分区根目录下的文件和目录都放在根目录区中，子目录中的文件和目录都放在子目录区中，并且没每32个字节为一个目录项，
每个目录项纪录着一个目录或文件（也可能是多个目录项记录一个文件或目录）
- 目录项分类
在FAT32文件系统中，目录项可以分为四类：卷标目录项、“.”和“..”目录项、短文件名目录项、长文件名目录项
（1）卷标目录项：卷标就是分区的名字，可以在格式化分区时创建，也可以随意修改，长度为11字节。
（2）“.”和“..”目录项：“.”表示当前目录，“..”表示上一层目录。这两个目录项多存在子目录中。
（3）短文件名目录项：所谓短文件名既文件名的“8.3”格式，此格式支持主文件名不能超过8字节，扩展名不能超过3字节。短文件名目录始终存放在一个目录项中。
（4）长文件名目录项：由于短文件名“8.3”的格式远远不能满足现实中的需求，所以就出现了长文件名，长文件名其实就是将文件名进行分段，分成若干个短文件名进行存储。
- 长文件名处理原则
（1）系统取长文件名的前6个字符加上“~1”形成短文件名，其扩展名不变；
（2）如果已存在这个名字的文件，则符号“~”后的数字自动增加；
（3）如果文件名内存在windows非法的字符，则以下划线“_”代替；
（4）长文件名目录项采用倒叙的方式进行记录。