FAT文件系统详解

FAT格式的文件系统，磁盘数据分为5部分：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。

MBR区

MBR（Main Boot Record主引导扇区）,意即为主引导记录区,位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区。在总共512字节的主引导扇区中,MBR占用了446个字节（偏移0–偏移1BDH）,另外的64个字节（偏移1BEH–偏移1FDH）交给了DPT(Disk Partition Table硬盘分区表)（见下表）,最后两个字节”55,AA”（偏移1FEH- 偏移1FFH）是分区的结束标志。
主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。其中的硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后引导具有激活标志的分区上的操作系统,并将控制权交给启动程序。MBR是由分区程序（如Fdisk）所产生的,不依赖任何操作系统, 硬盘引导程序也可以改变,从而实现多系统共存。

DBR区

DBR（Dos Boot Record）是操作系统引导记录区的意思。它通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区,是操作系统可以直接访问的第一个扇区,它包括一个引导程序和一个被称为BPB（Bios Parameter Block）的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时,判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统的引导文件（以DOS为例,即是Io.sys和Msdos.sys）。如果确定存在,就把其读入内存,并把控制权 交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数,分配单元的大小等重要参数。

FAT区

下面是FAT（File Allocation Table文件分配表）区。在此之前,我们来谈谈簇（cluster）的概念。文件占用磁盘空间时,基本单位不是字节而是簇。簇的大小与磁盘的规格有关,一般情况下,软盘每簇是1个扇区,硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关,可能是4、8、16、32、64……
我们知道,同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内,而往往会分成若干段,像一条链子一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。硬盘上的文件常常要进行创建、删除、增长、缩短等操作。这样操作做的越多,盘上的文件就可能被分得越零碎（每段至少是1簇）。但是,由于硬盘上保存着段与段之间的连接信息（即FAT）,操作系统在读取文件时,总是能够准确地找到各段的位置并正确读出。不过,这种以簇为单位的存储法也是有其缺陷的。这主要表现在对空间的利用上。每个文件的最后一簇都有可能有未被完全利用的空间（称为尾簇空间）。一般来说,当文件个数比较多时,平均每个文件要浪费半个簇的空间。
为了实现文件的链式存储,硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用,还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号,对一个文件的最后一簇,则要指明本簇无后继簇。这些都是由FAT表来保存的,表中有很多表项,每项记录一个簇的信息。
由于FAT对于文件管理的重要性,所以FAT有一个备份,即在原FAT的后面再建一个同样的FAT。初形成的FAT中所有项都标明为”未占用”,但如果磁盘有局部损坏,那么格式化程序会检测出损坏的簇,在相应的项中标为”坏簇”,以后存文件时就不会再使用这个簇了。FAT的项数与硬盘上的总簇数相当,每一项占用的字节数也要与总簇数相适应,因为其中需要存放簇号。FAT的格式有多种,最为常见和为读者所熟悉的是FAT16和FAT32,其中FAT16是指文件分配表使用16位数字,由于16位分配表最多能管理65536（即2的16次方）个簇,也就是所规定的一个硬盘分区。
由于每个簇的存储空间最大只有32KB,所以在使用FAT16管理硬盘时,每个分区的最大存储容量只有（65536*32 KB）即2048MB,也就是我们常说的2G。现在的硬盘容量是越来越大,由于FAT16对硬盘分区的容量限制,所以当硬盘容量超过2G之后,用户只能将硬盘划分成多个2G的分区后才能正常使用,为此微软公司从Windows 95 OSR2版本开始使用FAT32标准,即使用32位的文件分配表来管理硬盘文件,这样系统就能为文件分配多达4294967296（即2的32次方）个簇,所以在簇同样为32KB时每个分区容量最大可达65G以上。此外使用FAT32管理硬盘时,每个逻辑盘中的簇长度也比使用FAT16标准管理的同等容量逻辑盘小很多。由于文件存储在硬盘上占用的磁盘空间以簇为最小单位,所以某一文件即使只有几十个字节也必须占用整个簇,因此逻辑盘的簇单位容量越小越能合理利用存储空间。所以FAT32更适于大硬盘。

DIR区（根目录区）

DIR（Directory）是根目录区,紧接着第二FAT表（即备份的FAT表）之后,记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元,文件的属性等。定位文件位置时,操作系统根据DIR中的起始单元,结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了。

数据（DATA）区

数据区是真正意义上的数据存储的地方,位于DIR区之后,占据硬盘上的大部分数据空间。

可以参考下面文章：
http://dengqi.blog.51cto.com/5685776/1349327