FAT文件系统分析报告.doc

1、FAT文件系统分析报告 实现平台 ： PC硬盘 40G，操作系统 WinXP，测试软件 WinHex 参考资料： 数据恢复技术 戴士剑，陈永红编著 大容量硬盘修复技术及数据管理张钟澍编著 Fat32 报告人： 周俊辉（ Tony） 完成时间： 2004.10.20 目录 一、基本概念 . 3 1、硬盘逻辑结构 . 3 2、 LBA， . 3 3、 C/H/S值， . 3 二、硬盘数据存储区域的划分 . 3 1、 MBR . 4 2、虚拟 MBR及其查找实例 . 5 3、 DOS引导区 DBR . 6 4、文件分配表 FAT . 9 5、文件目录表 FDT . 10 6、 DATA区 . 11

2、四、 FAT32文件系统根目录下文件查找实例 . 14 五、子目录下的文件查找举例 . 17 六、长文件名的实现及存在的问题 . 19 七、长文件名查找举例 . 20 一、基本概念 1、硬盘逻辑结构 硬盘是一个密封的腔体，里面密封着磁头、盘片（磁片、碟片）等部件，盘面号既磁头号，从 0开始编号。磁道从外向面编号，从 0开始。磁道被划成一段段圆弧，每段圆弧叫一个扇区，从 1编号。所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，叫做柱面。磁盘容量计算公式： 硬盘容量盘面数柱面数扇区数每扇区字节数（通常为 512） 2、 LBA， 全称 Logic Block Address，既扇区逻辑地址，它从 0开始编号，一

3、一对应硬盘上的物理扇区 3、 C/H/S值， 柱面、磁头、扇区号，一一对应物理扇区 二、硬盘数据存储区域的划分 MBR(63) DBR(32) FAT1 FAT2 DIR(32) DATA 说明： MBR 一般占用 63 个扇区（实际只占用 1个扇区） ;DBR 占用32 个扇区（实际只占用第 1 和第 6 扇区，第 1 扇区起作用，第 6 扇区为第一扇区的备份） ;FAT1=FAT2， FAT 文件为变长，隋分区大小、每簇扇区数的变化而变化 ;DIR 变化 最大，早期的系统中 DIR 是固定长度，为 32 个扇区，而每个文件目录项占用 32 个字节，所以，根目录下最多只能有 512 项（文件

4、和目录总和），软盘只有 112 项，超过这个数就不能再在根目录下建立文件或目录。后来为了突破这个限制，根目录采用和子目录一样的方式来管理，称为根目录文件，就没有这个限制了，从此也就不再有单独的根目录，而成为 DATA的一部分。甚至根目录文件并不一定紧跟在 FAT 之后，可以在 DATA 区任意的位置。 1、 MBR 既主引导记录区，位于 0磁道 0柱面 1扇区。共 512 字节， MBR引导程序占用其前 446 个字节 （偏移 0偏移 1BDH），隋后 64 个字节（偏移 1BEH 1FDH）为 DPT硬盘分区表，最后以“ 55AA”结束。 硬盘分区表结构： 偏移 意义 偏移 意义 0 自举标

5、志 8 本分区前已用扇区数 1 起始磁头号 H 9 2 起始扇区号 S 10 3 起始柱面号 CYL 11 4 分区格式标志 12 本分区总扇区数 5 终止磁头号 H 13 6 终止扇区号 S 14 7 终止柱面号 CYL 15 说明：柱面号的高 2位存放在扇区字节的高 2位 2、虚拟 MBR及其查找实例 起因：通过主引导记录定义 硬盘分区表，最多只能描述 4个分区，如果想要多于 4个分区，就要突破主引导记录中的分区描主法，这在某些时候也是突破硬盘容量限制的一种方法。我们采用一种虚拟MBR 技术来实现。分区表项描述为： C:盘分区表 D: 盘分区表 E: 盘分区表 F: 盘分区表 定义 C:盘

6、 定义 D:盘 定义 E:盘 定义 F:盘 描述剩余空间 描述虚拟 MBR 描述虚拟 MBR 描述虚拟 MBR 末用 末用 末用 末用 末用 末用 末用 末用 先查看硬盘的 0扇区 既 MBR的分区选项， C盘分区的起始扇区号（ DBR位置）为： 0000003F 既 63 号扇区，扩展分区号（虚拟 MBR 位置）： 01388B3B 换成十进制是 20482875 号扇区。查看 20482875 扇区的分区表项为 第一分区 0000003F（ 63）是 D盘的 DBR 相对位置，那么 D盘的 DBR逻辑扇区计算为： 20482875 63 20482938 号扇区。 第二分区又指向系统盘 E

7、:的虚拟 MBR 位置（相对）： 01C92C09十进制是： 29961225， E:盘分区的虚拟 MBR 位置计算为： 20482875 29961225 50444100 查看 50444100 号扇区为： 这里只有一个分区，偏移位置为： 0000003F（ 63），所以 E:盘 DBR所在的扇区号为： 50444100 63 50444163，如果有 F:盘，则 E:盘的虚拟 MBR 的第二分区将指向它，如果形成一个环，系统本身并不会去判断它，它只是按照这个链忠实地寻找分区，而不进行任何额外的检测与处理，这所谓“逻辑锁”，表现为无法引导，不能访问硬盘。 3、 DOS引导区 DBR 硬盘各

8、分区的逻辑管理方式表现为，所有分区内的逻辑扇区都是从“ 0”开始编号，直至其最大值 1，涵盖整个分区，分区内的 0扇区称为 BOOT 区。由 Format 命令将 DOS 引导记录（ DBR）写到该扇区，主要功能是完成系统的自举。 DOS引导扇区结构如下： （ 1）跳转指令 （ 2）厂商标识和 DOS 版本号，占 8个字节（ 03 0A） （ 3） BPB(BIOS Parameter Block， BIOS 参数块 ) （ 4） DOS 引导程序，负责完成 DOS三个系统文件的装入 （ 5）结束标专“ 55AA” 硬盘 DOS 引导记录中 BPB参数信息： 偏移量 字节数 含义 00H 3

9、跳转到引导代码 03H 8 厂商标识和 DOS 版本 号 0BH 2 BPB参数信息 每扇区字节数 0DH 1 每簇扇区数（ 2的整数倍） 0EH 2 保留扇区数（ FAT32一般为 32） 10H 1 FAT 个数（通常为 2） 11H 2 根目录项数（早期版本允许最大目录基数） 13H 2 扇区总数（小卷，小于 32MB）（ FAT16系统） 15H 1 磁介质描述符（ F8表示硬盘） 16H 2 每 FAT 表所占扇区数（小卷， FAT16系统） 18H 2 每磁道扇区数 1AH 2 逻辑磁头数 1CH 2 当前分区前面隐含扇区 数（系统隐含扇区） 20H 4 扇区总数（大卷，大于 32

10、MB）（ FAT32系统） FAT32区段 24H 4 每个 FAT 表所占扇区数（大卷， FAT32系统） 28H 2 标记 2AH 版本 2CH 4 引导目录第一簇，即根目录的起始簇 30H 2 FS 信息扇区， BOOT本身占用的扇区数 32H 2 备份引导扇区的位置 34H 7 保留，一般为 00H 40H 1 BIOS 设备（从 80 开始，编号到 85， 86 为光驱） 41H 1 未使用 42H 1 扩展引导标记 43H 4 序列号 47H 11 卷标 52H 8 文件系统 说明： 1、保留扇区是由 DOS 或 Windows 指定的被保留用做引导的扇区数。早期版本为 1 即 B

11、OOT 本身占用的 1 个扇区，较新的版本一般为 32。除本身占用一个外，有 31 个扇区保留未用，其中第 6扇区一般是 BOOT 的备份，在 BOOT损坏时，可覆盖 BOOT扇区修复 2、系统隐含扇区（ Hidden Sectors）： 指分区表中所描述的该分区的起始扇区至该逻辑盘 DBR 扇区间的扇区数。即 MBR或虚拟 MBR 至隋后的逻辑盘 DBR 扇区数，一般为 3F（ 63） 而分区表中隐含扇区指每个 分区以前的扇区数。不固定。对 MBR隐含扇区是绝对位置，对于虚拟 MBR，隐含扇区是相对于本扩展分区 MBR 的位置。 第一分区 第二分区 第三分区 MBR DBR 及数据 虚拟 M

12、BR DBR 及数据 虚拟 MBR DBR 及 （ 1） （ 3） （ 4） （ 2） 第三分区 MBR 参数中的隐含扇区数 （ 1）指系统隐含扇区也指分区表中是隐含扇区 （ 2）指第二分区 MBR 参数中的隐含扇区数 （ 3），（ 4）指系统隐含扇区数 4、文件分配表 FAT 文件分配表（ FAT），是 DOS 文件管理系统用来记录每个文件 的存储位置的表格，它以链的方式存放簇号。 FAT 紧接着 DOS 引导扇区存放。磁盘上有两个 FAT，一个是基本表，另一个是备份。两个表的内容相同。每个 FAT所占用的扇区数取决于 DOS 版本、分区大小、每簇的扇区数等因素。可查 BPB参数查询到。 簇

13、号的长度由簇的多少决定，进而取决于 FAT表项的位数。 文件系统 区别 表示最大簇数 簇最大扇区 分区最大容量 FAT12 12 位表示一簇 4096（ 12 次方） 64 128MB FAT16 16 位表示一簇 65536（ 16 次方） 64 2048MB（ 2G） FAT32 32 位表示一簇 4294967296 64 128TB 注：为提高磁盘利用率， FAT32 每簇一般为 8， 16 个扇区，软盘用12位 FAT 表项，磁盘分区文件系统一般规律： 小于 20740（ 10M）用 12 位映射一个簇 小于 512M多于 2074（ 10M）用 16 位映射一个簇 大于 512M用

14、 32 映射一个簇 在 FAT 表中，簇统计编号也是登编号。每一个登记项作为一个簇的樗信息占用一定的字节，该标专信息表项值含义如下： 表项值（ 12 位） 表项值（ 16 位） 表项值（ 32 位） 簇描述信息含义 000H 0000H 00000000H 未使用的簇 002H FEFH 0002-FFEFH 00000002H-FFFFFFEFH 一个已分配的簇号 FF0H-FF6H FFF0H-FFF6H FFFFFFF0H-FFFFFFF6H 保留 FF7H FFF7H FFFFFFF7H 坏簇 FF8H-FFFH FFF8H-FFFFH FFFFFFF8H-FFFFFFFFH EOF（

15、文件结束簇） 在 FAT 簇登记项中， 0， 1号登记项是表头，簇的登记项从 2号开始，即磁盘的第一个文件从第 2簇开始分配。早期 DOS 版本中，系统文件 IO.SYS（或 IBMBIO.COM）所在的首簇号总是 2。 5、文件目录表 FDT 根目录下的所有文件及其子目录在根目录的文件目录表中都有一个“目录登记项”。每个目录登记项用 32 个字节，提供有关文件和子目录的信息。 FAT32文件系统目录项含义： （ 1） 0-7字节：文件名 （ 2） 8-10 字节：文件扩展名 （ 3） 11 字节：文件属性，按二进制定义，最高二位保留不用， 0-5位分别表示只读位、隐藏位、系统位、卷标位、子目录和归档位，当 11 字节为“ 0FH”时，表示该项为长文件名记录项。 （ 4） 12-13 字节：（仅长文件目录项有效）用 来存储其对应的短文件