文件系统1：FAT
在磁盘及分区介绍了如何分区，现在到达第三阶段，如何格式化这些分区，本节介绍FAT格式
FAT格式主要有三种：FAT2，FAT16，FAT32
FAT 文件系统之所以有 12，16，32 不同的版本之分，其根本在于FAT表用来记录任意一簇链接的二进制位数，这里主要介绍FAT16和FAT32
当把一部分磁盘空间格式化为FAT文件系统时，FAT文件系统就将这个分区当成整块可分配的区域进行规划，以便于数据的存储。FAT将磁盘空间按一定数目的扇区为单位进行划分，这样的单位称为簇。通常情况下，每扇区512字节的原则是不变的。簇的大小一般是\(2^n\)个扇区的大小，像512B，1K，2K，4K，8K，16K，32K，64K。实际中通常不超过32K。之所以簇为单位而不以扇区为单位进行磁盘的分配，是因为当分区容量较大时，采用大小为512b的扇区管理会增加FAT表的项数，对大文件存取增加消耗，文件系统效率不高。所以分区的大小和簇的取值是有关系的。
注：在文件系统内说的扇区数，并不是物理磁盘上的扇区数，两者不一样，这里的是逻辑上磁盘的扇区数，物理上是磁道，盘面，扇区（扇区是从1开始计数），而逻辑上只有扇区（从0开始计数）
FAT16
FAT16文件系统从根目录所占的32个扇区之后的第一个扇区开始以簇为单位进行数据的处理
分为5个部分：DBR区，FAT1表，FAT2表，根目录区和数据区
DBR区
即操作系统引导记录区（引导扇区），共512个字节，也就是相对于分区H的第一个扇区
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 0x00-0x02 | 跳转指令，为了跳过之后不可执行的数据（跳到引导程序代码） |
| 0x03-0x0A | 厂商名称和版本号 |
| 0x0B-0x0C | 一个扇区字节数 |
| 0x0D | 每簇的扇区数量 |
| 0x0E-0x0F | FAT表的起始扇区号（相对于分区） |
| 0x10 | FAT表的个数 |
| 0x11-0x12 | 根目录项数 |
| 0x13 | 该分区上的扇区数，如果扇区数大于65536，该字段为零，寻要用大扇区数表示 |
| 0x15 | 介质描述符，F8表示硬盘 |
| 0x16 | 每个FAT表的扇区数 |
| 0x18-0x19 | 每磁道扇区数 |
| 0x1A-0x1B | 磁道数 |
| 0x1C-0x1F | 隐含扇区，该分区之前的扇区数，该分区的起始扇区号 |
| 0x20-0x23 | 该分区的总扇区数，如果扇区数小于65536，该字段为零，寻要用小扇区数表示 |
| 0x24 | 物理驱动器号，80表示硬盘 |
| 0x26 | 扩展引导标签，值必须为28或29 |
| 0x27 | 随机序号，有助于区分磁盘 |
| 0x36 | 文件系统类型 |
| 0x5E-0X3D | 引导程序代码 |
| 0x1FE-0x1FF | 有效结束标志55AA |
这里使用该磁盘2为例，它采用MBR分区，格式化为FAT16，只有一个分区H
这里就不直接点击软件DiskGenius找分区H了，通过查找磁盘MBR中的分区表来找（如下图），在磁盘2的0扇区的MBR分区表中的第一个16个字节中的8-11个字节为11 00 00 00（小端）表示分区起始扇区号，为17，所以转到17扇区，就为分区H的数据
该分区的第一个扇区也就是DBR区，该扇区的数据如下图，其中红色划线为跳转指令，红色框处为厂商名称和版本号，黑色框处为结束标志，紫色为引导代码，没有颜色为一些参数信息
FAT表
FAT1表与FAT2表同步更新，内容一样
前两个字节（这里16比特位一个字节）表示FAT表的标识F8FFFFFF
之后每1个字节表示一个FAT表项，簇号起始的编号就为2，每个FAT表项记录下一个簇号
第2簇存储根目录文件
FFFF表示文件或目录的结束簇号
FFF7表示坏簇
还是以磁盘2的分区H为例，DBR区中0E-0F偏移处值为8，在加上分区从17扇区开始，所以FAT1开始扇区为25，以下为扇区25的数据
可以看到偏移3204-3205处为2号簇，值为FFFF，说明此文件就占一个簇，之后的3，4，5，6号簇都如此，在7号簇，值为0008，表示下一个簇为8号簇，在8号簇，值为0009，表示下一个簇为9号簇，然后依次下去。
这里看起来好像是顺序存放的，但其实是链式结构，即一个文件的存储是靠当前簇链接到下一簇，存放不一定按顺序，比如该文件存在5号簇和7号簇，而5号簇是指向7号簇的。
根目录区
根目录区由多个目录项组成，共512个目录项，占32个扇区，分为短文件名目录项和长文件名目录项
如果文件名不超过8个字符，用0x20填充，再加扩展名，此时使用短文件名目录项来存储
如果文件名超过8个字符则会被截断，取前六个字符加“~1”，再加扩展名，如果有重名的“~1”中的1加1，此时会使用短文件名目录项和长文件名目录项来存储
开始的时候FAT16不支持长文件名目录项，后来FAT32支持，所以FAT16的短文件名目录项与FAT32不同，但长文件名目录项完全相同
短文件名目录项
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00-07 | 文件名的ASCII码（字母的大写），如果文件被删除，第一个字节被修改为E5 |
| 08-0A | 扩展名 |
| 0B | 文件属性，01只读，00读写，02隐藏，04系统，08卷标，10目录，20存档，0F长文件名 |
| 0C-15 | 保留 |
| 16-17 | 最后修改时间 |
| 18-19 | 最后修改日期 |
| 1A-1B | 文件起始簇 |
| 1C-1F | 文件的大小字节数 |
长文件名目录项
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00 | 状态，E5表删除，01，02等表示序号，如果0变为4，表示这是最后一个目录项（一个长文件名目录项有多个目录项） |
| 01-0A | 长文件名的第1-5个字符 |
| 0B | 值为0F，长文件名目录项标志 |
| 0D | 校验和 |
| 0E-19 | 文件名第6-11个字符 |
| 1C-1F | 文件名的第12-13个字符 |
还是以磁盘2的分区H为例，FAT1开始扇区为25，DBR区中0x16偏移处值为60（FAT表含有扇区数）所以根目录区从25+60*2=145（有两个FAT表）开始
先从第二个目录项看，起始值为42，看到4就知道这是一个长目录项的最后一个目录项，2表示这个长目录项只有两个目录项，它是第2个（绿框），蓝框为第一个长目录项。再看短目录项。
00-07为53 59 53 54 45 4D 7E 31
20 20 20：这是个目录，没有类型
0B为16：隐藏的系统子目录
16-17为45 A0：最后修改时间
18-19为8D 54：最后修改日期
1A-1B为02 00：也就是起始簇为第2个簇
1C-1F为00 00 00 00：文件的大小字节数
数据区
所有文件，目录数据都在此处，数据区以簇为单位进行管理，第一个簇称为“2号簇”，根目录文件在“2号簇”。由上知根目录区从145扇区开始，加上32个扇区，为177扇区，这就是数据区的开始扇区，也就是2号簇的起始。
上面举例的那个位于第2个簇的文件其实就是一个位于根目录的缓存文件，也就是在177扇区，数据如下
但是这个文件是一个目录，对于文件夹的数据，其前面也存在两个目录项，一个是子目录本身，一个是父目录
其00-0A偏移的值分别为2E 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 和2E 2E 20 20 20 20 20 20 20 20 20 ,即分别表示 . 和 ..
根目录下的文件夹，父目录簇号是0，别的文件夹下的文件夹，其父目录就是父目录所在的簇号。所以上图中子目录本身的簇号为00 00 00 02就是2簇，父目录簇号为00 00 00 00（最下面两个黑框）就是0，其父目录就是根目录
FAT32
分为6个部分：DBR区，保留区，FAT1表，FAT2表，根目录区和数据区
FAT32相对于FAT16区别不大，DBR有些许不同，增加了保留区，FAT表是32位表示一项
DBR区
位于分区的第一个扇区（再次强调：是相对于分区，不是相对于磁盘，磁盘的第一个分区，就是总体的0分区，是MBR，如果相对于磁盘，DBR是128扇区，从MBR参数中可以知道），与FAT16几乎相同
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 0x00-0x02 | 跳转指令，为了跳过之后不可执行的数据（跳到引导程序代码） |
| 0x03-0x0A | 厂商名称和版本号 |
| 0x0B-0x0C | 扇区字节数，这里为0x0200即512B |
| 0x0D | 每簇的扇区数量，这里为2 |
| 0x0E-0x0F | FAT表的起始扇区号（相对于分区） |
| 0x10 | FAT表的个数 |
| 0x15 | 介质描述符 |
| 0x18-0x19 | 每磁道扇区数 |
| 0x1A-0x1B | 磁头数 |
| 0x1C-0x1F | 隐含扇区，该分区之前的扇区数，该分区的起始扇区号 |
| 0x20-0x23 | 文件系统的总扇区数 |
| 0x24-0x27 | FAT表的大小 |
| 0x2C-0x2F | 根目录所在簇号（在相对于数据区） |
| 0x30-0x31 | 文件系统信息扇区号 |
| 0x32-0x33 | DBR备份引导扇区号 |
| 0x40 | BIOS设备80是硬盘，00是软盘 |
| 0x42 | 扩展引导标记 |
| 0x43-0x46 | 卷序列号 |
| 0x52-0x59 | 文件系统格式 |
| 0x5A-0x1FD | 引导程序代码，操作系统的引导代码 |
| 0x01FE-0x01FF | 有效结束标志 |
保留区
在相对于分区的第2扇区
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 0x00-0x03 | 引导标志为“RRaA” |
| 0x1E8-0x1EB | 空闲簇数 |
| 0x!EE-0x1EF | 下个可用簇 |
以该磁盘3为例，只有一个分区I，被格式化为FAT32
其DBR区数据如下
在DBR中0x0E-0x0F表示FAT表的起始扇区号（红线部分），其实也表明了保留区的扇区数量，值为6702（相对于分区），那么FAT表起始扇区号为6702（相对于分区），则保留区的扇区数为6702-2（从相对分区的2扇区才为保留区）
保留区中，在2扇区和12扇区（相对分区）可能有引导代码的扩展部分，其余部分无用，主用为了之后备份等操作
FAT表
前32位表示FAT表的标识F8FFFF0F，之后32位系统保留，再后的没32位表示一个FAT表项，从2簇表示根目录文件
每个FAT表项记录下一个簇号
FFFFFF0F表示文件或目录的结束簇号
FFFFFFF7表示坏簇
其FAT表如下，与FAT16方式几乎相同
根目录区
FAT32与FAT16不同之处在于根目录的文件化，即将根目录等同于普通的文件。这样根目录便没有了FAT16中512个目录项的限制，不够用的时候增加簇链，分配空簇即可。
所以根目录区在2簇，也就是数据区起始和根目录区起始都在2簇
还有与FAT16除了短文件名目录项不同外，其余相同。
短文件名目录项
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00-0A | 文件名的ASCII码（字母的大写），如果文件被删除，第一个字节被修改为E5 |
| 0B | 文件属性，01只读，00读写，02隐藏，04系统，08卷标，10目录，20存档，0F长文件名 |
| 0D-11 | 创建时间 |
| 12-13 | 最后访问时间 |
| 14-15 | 起始簇的高16位 |
| 16-17 | 最后修改时间 |
| 18-19 | 最后修改日期 |
| 1A-1B | 起始簇的低16位（高16位与低16位拼在一起就是其实簇号） |
| 1C-1F | 文件的大小字节数 |
长文件名目录项
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00 | 状态，E5表删除，01，02等表示序号，如果0变为4，表示这是最后一个目录项（一个长文件名目录项有多个目录项） |
| 01-0A | 长文件名的第1-5个字符 |
| 0B | 值为0F，长文件名目录项标志 |
| 0D | 校验和 |
| 0E-19 | 文件名第6-11个字符 |
| 1C-1F | 文件名的第12-13个字符 |
着重说明“根目录等同于普通的文件”这一特点，在该分区的根目录区，查看和FAT16例子中相同的位于根目录的缓存文件，将高低16位拼在一起为 00 00 00 03 ，表示这个文件在3簇，与FAT16不同
结构对比
数据区
与FAT16相同
