FAT32文件系统学习(2) —— FAT表

1、题外话

在继续本文学习FAT32文件系统之前，先来插入一点别的话题。我们都知道U盘有一个属性是容量，就拿笔者的U盘为例，笔者手上的U盘是金士顿的DataTraveler G3 4GB的一个U盘。电脑上显示的容量如图1所示为3.75GB。那么这个3.75GB是怎么计算出来的呢？

图 1 系统显示U盘属性

我们先来回顾一下上一篇BPB参数当中的Sectors(扇区总数)这个参数，这一参数代表了这个U盘在出厂时的总扇区数，笔者手上这个是7884672个，可以从图2中看到。其中每个扇区为512 B，也就是说总共可以容纳4036952064 B 约为 3.76GB 的数据。但是这其中一部分是要用来存放FAT32文件系统的相关信息参数的，比如FAT表，BPB等。我们这边来算一下，首先需要减去1016个保留扇区，还有两个FAT表总共是7684 * 2 = 15368个扇区，所示还剩下的字节数为4036952064 B - ( 1016 + 15368 ) * 512 B = 4028563456 B 正好是图中显示的容量。所以可以得出结论，系统显示的U盘容量 = ( 总扇区数 - 保留扇区数 - FAT表扇区数 * FAT表个数 ) * 512 B。经计算可得实际的使用率是99.79%。所以相对与整个U盘来说，FAT32文件系统用于存储相关信息部分的损耗是很小的。

图 2 笔者用上一篇中写的工具查看了U盘的各项参数

好了，接下来进入正题，继续学习FAT32文件系统的FAT表部分。

2、本文目录

3、FAT表的读取

首先FAT表一般来说有两张，另一张用于备份。两张表是前后紧挨在一起的，只要计算出了FAT1表的偏移之后加上FAT表的大小就可以得到FAT2表的偏移。FAT1表的偏移地址计算公式如下^[4] :

FAT1表偏移 = 保留扇区数 * 每扇区字节数

由图2可知，在本例中，FAT1表的偏移 = 1016 * 512 B = 520192 = 0x7F000。同理:

FAT2表的偏移 = FAT1+FAT表的大小 = (保留扇区数 + FAT表扇区数) * 每扇区字节数

在本例中，FAT2表的偏移 = (1016 + 7684) * 512 B = 4454400 = 0x43F800。用上一篇中讲到的程序可以读取出两张FAT表的内容，一般情况下两张表的内容应该是完全一样的。笔者读取了第一张FAT表起始部分的内容，如图3所示：

图 3 FAT表起始部分内容

4、FAT表项

在分析FAT表之前先来说明一下FAT的构成。FAT表即文件分配表(File Allocation Table)。FAT32文件表是由一个个表项组成的一张表，其中每一个表项由一个32位的二进制组成，其值对应了相应簇的使用情况，如2号表项对应了2号簇的使用情况，3号表项对应了3号簇的使用情况，依此类推。(但是第0和第1项例外，下面会有说明)。每个表项对应数值的含义如表1所示^[2]：

表项数值	对应含义
0x00000000	空闲簇，即表示可用
0x00000001	保留簇
0x00000002 - 0x0FFFFFEF	被占用的簇，其值指向下一个簇号
0x0FFFFFF0 - 0x0FFFFFF6	保留值
0x0FFFFFF7	坏簇
0x0FFFFFF8 - 0x0FFFFFFF	文件最后一个簇

表 1 表项数值含义

具体每一项填写的内容规则如下表所示：如果该簇是文件的最后一簇，填入的值为0x0FFFFFFF；如果该簇不是文件的最后一簇，则填入的值为该文件占用的下一簇号(所以我们可以看到在FAT32中文件是以簇链的形式保存起来的)。下面我们根据实际情况，图3来分析一下FAT表的含义。

FAT表第0项(0x00000000~0x00000003): 0x0FFFFF8

FAT表第1项(0x00000004~0x00000007): 0xFFFFFFFF

这两项不代表任何簇的使用情况，而是FAT表的表头，表征了介质描述，是固定值，所以0x00和0x01这两个簇号是不用的，簇号的下标从2开始。其中1号表项可能被用于记录脏标志，以说明文件系统没有被正常卸载或者磁盘表面存在错误。接下来

FAT表第2项(0x00000008~0x0000000B): 0x0FFFFFFF

第2项存储的是第2簇的使用情况，通常第2簇存储的是文件系统的根目录。虽然在FAT32文件系统中，根目录的位置不再硬性地固定，可以存储在分区内可寻址的任意簇内，不过通常根目录是最早建立的(格式化就生成了)目录表。所以，我们看到的情况基本上都是根目录首簇紧邻FAT2，占簇区顺序上的第1个簇（即2号簇）。同时，FAT32文件系统将根目录当做普通的数据文件来看，所有没有了目录项数的限制，在需要的时候可以分配空簇，存储更多的目录项^[1]。

这一项的值为0x0FFFFFFF ，说明根目录占用且只占用了1个簇。

FAT表第3 ……

这里再穿插一点题外话，FAT32格式文件分配的最小单位是簇。也就是说你存储了一个实际大小1kB的文件，那么它占用的存储空间还是1簇(在这里换算成大小即为8*512B = 4KB)。笔者以一个实际的例子来说明一下：在U盘中放入一个8B大小的temp.txt文件，然后查看文件属性的时候发现其占用空间是4KB，和我们上面讲的理论符合。