FAT32中文版分析+补充（1）

原文地址：FAT32中文版分析+补充（1）作者：消逝的岁月

概述

     起先所有的FAT文件系统都是为IBMPC机器而设计的，这说明了一个重要的问题：FAT文件系统在磁盘上的数据是用“小端”（LittleEndian）结构存储的。我们使用4个8-bit的字节——起始字节为byte[0]，结束字节为byte[3]——来存储一个32-bit的FAT项（FATentry）。然后分别给这32位编号为00-31，从下面的图我们可以清楚地看到这32位是如何排序的。

    这对于那些使用“大端”（big-endian）存储结构的机器就显得尤为重要，因为在磁盘存取数据之前，必须先完成Big-Endian到Little-Endian之间的转换。每个FAT文件系统都由4部分组成，这些基本区域按如下顺序排列。

0——保留区（Reserved Region）；
1——FAT区（FAT Region）；
2——根目录区（Root Directory Region，FAT32卷没有此域）；
3——文件和目录数据区（File and Directory Region）

启动扇区与BPB

     BPB（BIOS ParameterBlock）是FAT文件系统中第一个很重要的数据区，它位于该FAT卷的第一个扇区，同时也属于FAT文件系统基本区域的保留区。这个扇区又叫做“启动扇区”、“保留扇区”、“0扇区”，众多的说法都说明一个相同的问题：该扇区是FAT卷的第一个扇区。

     这是FAT文件系统中第一个让人感到迷惑的地方，对于MS-DOS1.x的版本，启动扇区中并没有BPB这么一个东西，FAT文件系统的最早期版本只有两种不同的格式：使用于单面或双面的360K5寸软盘。这两种格式是通过FAT的第一个字节（FAT[0]的低8位）来区分的。

     在MS-DOS2.x以后，启动扇区里增加了BPB用于区分磁盘介质，同时不再支持老的磁盘介质区分方式（用FAT的第一个字节来区分），所有的FAT文件系统卷必须在启动扇区中包含BPB。

     这又是一个迷惑人的地方，BPB具体是什么样的？在MS-DOS2.x的定义中，每个FAT卷的扇区数不能多于65536（每个扇区512字节的话最多32MB——2^16×2^9=32MB），这一个限定是由于定义“总扇区数”的变量本身是一个16-bit的数据类型。这一个限制在MS-DOS3.x中有所改进，它使用一个32bit的变量来存储“总扇区数”（若每个扇区512字节，则每个FAT卷的最大容量为2^32×2^9=2^41=2048GB）。

     在WIN95操作系统中，确切地说应该是在OSR2（OEM Service Release2）出现的时候BPB的内容有了新的变化，在这一版本中引入了新的FAT类型——FAT32。在FAT16中，由于FAT表的大小限制了有效的簇数（Cluster），同时也就限制了磁盘空间的大小，如果每个扇区为512字节的话，那么FAT16格式只能支持到2G。FAT32的引入改变了这一个状况。不再需要增加分区来管理大于2G的硬盘。

    FAT32的BPB内容和FAT12/FAT16的内容在BPB_ToSet32区域以前完全一致，而从偏移量36开始，他们的内容有所区别，具体内容要看FAT类型为FAT12/FAT16还是FAT32（后面的内容会提到如何区分FAT格式），这点保证了在启动扇区中包含一个完整的FAT12/FAT16或FAT32的BPB内容，这么做是为了达到最好的兼容性，同时也为了保证所有的FAT文件系统驱动程序能正确地识别和驱动不同的FAT格式，并让他们良好地工作，因为他们包含了现有的全部内容。

NOTE：在以下的描述中，凡是名称与BPB_开头的域都是BPB的一部分，凡是名称与BS_开头的项都是启动扇区（bootsector）的一部分，而不是真正属于BPB内容。下面是FAT 0扇区的内容，BPB也包含其中。

字节位移

字段长度

字段名

0x00

3个字节

跳转指令

0x03

8个字节

厂商标志和OS版本号

0x0B

53个字节

BPB

0x40

26个字节

扩展BPB

0x5A

420个字节

引导程序代码

0x01FE

2个字节

有效结束标志

 

名称

Offset(Byte)

大小(Byte)

描述

BS_jmpBoot
（跳转指令）

0

3

  跳转指令。指向启动代码，允许以下两种形式：
  jmpBoot[0]=0xEB，jmpBoot[1]=0x??，jmpBoot[2]=0x90；以及
  jmpBoot[0]=0xE9，jmpBoot[1]=0x??，jmpBoot[2]=0x??
  0x??表示该字节可以为任意8-bit值，这是Intelx86架构3字节的无条件转移指令，跳转到操作系统的启动代码，这些启动代码往往紧接BPB后面0扇区里的剩余字节，当然也可能位于其他扇区。以上的两种形式任取。jmpBoot[0]=0xEB是一种常用的格式。

BS_OEMName
（OEM、OS版本号）

3

8

 建议值为MSWIN4.1，此域经常引起人们的误解，其实这只是一个字符串而已，Microsoft的操作系统似乎并不关心此域。但其他厂商的FAT驱动程序可能会检测到此项，这就是为什么建议将此域设定为“MSWIN4.1”的原因，这样可以尽量避免兼容性的问题。你可以更改它的内容，但这有可能造成某些FAT驱动程序无法识别该磁盘。在很多情况下，该域用于显示格式化该FAT卷的操作系统的名称。
（厂商标志和OS版本号）

BPB_BytesPersec
（每扇字节数）

11

2

每扇区字节数，取值只能是以下的几种情况：512、1024、2048或者是4096，一般情况下，设置为512将会取得更好的兼容性，目前有很多的FAT代码都是硬性的规定每扇区字节数为512，而不是实际检测该区域的值。Microsoft操作系统能够很好地支持1024、2048和4096各种数值。
NOTE：请不要曲解此处“最好的兼容性”的意思，如果某些存储介质的物体特性决定其值为N，那么你就必须使用该数值N，该数值N一定是小于等于4096。那么取得“最好的兼容性”的办法就是使用该特定的N值。

BPB_SecPerClus
（每簇扇区数）

13

1

每簇扇区数，其值必须是2的整数次方（该整数必须大于等于0），如1、2、4、8、16、32、64或128，同时还必须保证每簇的字节数不超过32K，即——保证（BPB_BytesPersec *BPB_SecPerClus ≤32K）（1024×32）该值大于32K是绝对不允许的，虽然有些版本的操作系统支持每簇字节数最大到64K，但很多应用程序的安装程序都无法在这样的FAT文件系统上正常运行。

BPB_RsvdSecCnt
（保留扇区数）

14

2

保留区中保留扇区的数目，保留扇区从FAT卷的第一个扇区开始，此域不能为0，对于FAT12和FAT16必须为1，FAT32的典型取值为32，目前很多FAT程序都是硬性规定FAT12/FAT16的保留扇区为1，而不对此域进行实际的检测，Microsoft的操作系统支持任何非零的值。

BPB_NumFATs
（FAT副本数）

16

1

此卷中FAT表的份数。任何FAT格式此域都建议为2。虽然此域取值为其他≥1的数值也是合法的，但是对于很多FAT程序和部分操作系统来说，此项不为2的时候将无法正常工作。但是当不为2时，Microsoft的操作系统仍然能良好工作。可依然强烈建议此项值为2。
选择此项的标准值为2的原因是为了提供一份FAT表的备份，当其中一个FAT表所在的扇区被损坏时我们可以从备份的FAT表中读出正确的数据。可是对于一些非磁盘介质的存储器（如FLASH卡），这一特性变得毫无用处，如果想使用1个FAT表来节省空间，那么带来的问题将是某些操作系统无法识别该FAT卷。

BPB_RootEntCnt
（根目录项数）

17

2

对于FAT12和FAT16，此域中包含根目录中的目录项数（每个项长度为32Kbytes），对于FAT32，此项必须为0。对于FAT12和FAT16，此数值乘以32，必须为BPB_BytesPersec的偶数倍，为了达到更好的兼容性，FAT12/FAT16应该取值为512。

BPB_TotSec16
（总扇区数）

19

2

早期版本中16-bit的总扇区数，这里的总扇区数包括FAT卷上四个基本区的全部扇区，此域可以为0，若此域为0，那么BPB_TotSec32必须非0，对于FAT32，此域必须为0。对于FAT12/FAT16，此域填写总扇区数，如果该数值小于0x10000的话，BPB_TotSec32必须为0。

BPB_Media
（媒体描述符）

21

1

对于“固定”（不可移动）的存储介质而言，0xF8是标准值，对于可以移动的存储介质，经常使用的数值是0xF0，此域合法的取值可以是0xF0，0xF8，0xF9，0xFA，0xFB，0xFC，0xFD，0xFE和0xFF。另外要提醒的一点是，无论此域写入什么数值，同时也必须在FAT[0]的低字节写入相同的值，这是因为早期的MSDOS1.x使用该字节来判定是何种存储介质。

BPB_FATSz16
(每FAT扇区数)

22

2

FAT12/FAT16一个FAT表所占的扇区数，对于FAT32来说，此域必须为0，在BPB_FATSz32中有指定其FAT表的大小。

BPB_SecPerTrk
(每磁道扇区数)

24

2

每磁道扇区数，用于BIOS中断0x13，此域只对于有“特殊形状”（由磁头和柱面分割为若干磁道）的存储介质有效，同时必须可以调用BIOS的0x13中断得到此数值。

BPB_NumHeads
(磁头数)

26

2

磁头数，用于BIOS的0x13中断，类似于上面的BPB_SecPerTrk，只有对特殊的介质才有效，此域包含一个至少为1的数值，比如1.4M的软盘，此域为2。

BPB_HiddSec
（隐藏扇区数）

28

4

在此FAT分区之前所隐藏的扇区数，必须使用调用BIOS的0x13中断可以得到这个数值，对于那些没有分区的存储介质，此域必须为0，具体使用什么由操作系统决定。

BPB_TotSec32
（总扇区数）

32

4

该卷总扇区数（32-bit），这里的总扇区数包括FAT卷上四个基本区的全部扇区，此域可以为0，若此域为0，则BPB_TotSec16必须为非0，对于FAT32，此域一定是非0。对于FAT12/FAT16，如果总扇区数大于或等于0x10000（64KB）的话，此域就是总扇区数，同时BPB_TotSec16的值为0。