FAT16和FAT32文件格式说明

### FAT16与FAT32文件系统详解 #### 一、FAT16文件系统结构及原理 **FAT16**（File Allocation Table 16）是一种早期且简单的文件系统格式，广泛应用于个人电脑中。随着技术的发展，虽然FAT16已经被更先进的文件系统如FAT32所取代，但它仍然是理解现代文件系统运作机制的基础。 ##### 1. **FAT16基本结构** FAT16的基本结构主要包括以下几个部分： - **DBR扇区**（DOS Boot Record） - **FAT表1**（File Allocation Table 1） - **FAT表2** - **根目录** - **数据区** **DBR扇区**：这是操作系统可以直接访问的第一个扇区，包含了一个引导程序和一个称为BPB（BIOS Parameter Block）的本分区参数记录表。BPB参数块记录着本分区的重要参数，例如起始扇区、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（簇）的大小等。 **FAT表1和FAT表2**：这两张表是保存簇状态的地方。FAT16使用16位（2字节）来描述一个簇的状态。每个簇有一个对应项来表示其状态，簇从0开始编号。每个项中的数值指向文件中下一个簇所在的簇号。例如，如果某文件的第一个簇号为5，则FAT表中的第10和第11字节（第5号簇对应的项）会指示文件接下来的数据保存在哪个簇中。 **根目录**：位于两个FAT表之后，用来存储所有文件和目录的信息。每个文件或目录占用一个条目，每个条目包含32字节的信息。根目录的最大容量由BPB参数块中的值决定。 **数据区**：这是实际存储文件数据的地方。文件数据被分段存储于不同的簇中，通过FAT表进行链接。 ##### 2. **FAT16的局限性** FAT16的主要局限性在于： - 每个簇只能使用16位表示，这意味着最多可以有65536个簇。 - 每个簇的大小最大为32KB，因此整个文件系统的大小被限制在大约2GB左右。 #### 二、FAT32文件系统结构及原理 **FAT32**是FAT16的扩展版本，能够支持更大的卷大小，并具有更好的性能和稳定性。它通过使用32位（4字节）的簇号来突破FAT16的2GB限制。 ##### 1. **FAT32基本结构** FAT32文件系统的结构与FAT16类似，但具有以下特点： - **DBR及保留扇区**：同FAT16，包含了BPB参数块等重要信息。 - **FAT1**：FAT32通常有两份FAT表，FAT1是主FAT。 - **FAT2**：这是备份FAT表，用于在FAT1损坏时恢复文件系统。 - **数据区**：与FAT16相同，存储文件的实际数据。 **BPB参数块**：在FAT32中，BPB参数块包含了更多关于卷的信息，如卷标识符、序列号、FAT数量、簇大小等。 **FAT表**：FAT32使用32位来表示每个簇的状态，允许支持更多的簇数和更大的簇大小。这使得单个文件系统可以超过2GB，并达到数十GB甚至更大。 **数据区**：在FAT32中，数据区的布局和FAT16相似，但因为簇大小的变化，文件的存储效率得到了提升。 ##### 2. **FAT32的优势** 相比于FAT16，FAT32具有以下优势： - 支持更大的文件系统大小，理论上可以支持到2TB左右。 - 更小的簇大小，在大多数情况下提高了磁盘空间的利用率。 - 更好的性能，特别是在处理大型文件时。 - 更强的容错能力，通过额外的FAT表提供备份。 #### 三、案例分析 以下是一个具体的例子来说明FAT16文件系统的结构和工作原理： 假设我们有一个使用FAT16格式化的软盘，其主要参数如下： - 每个扇区大小为512字节。 - 簇大小为32KB（32*512字节）。 - FAT表的大小为21个扇区。 - 保留扇区数为1（包含DBR扇区）。 **计算过程**： - **FAT1偏移地址**：第1个扇区的位置，偏移地址为512字节。 - **FAT2偏移地址**：FAT1偏移地址+FAT1的大小=512+21*512=11264字节。 - **根目录偏移地址**：FAT2偏移地址+FAT2的大小=11264+21*512=22016字节。 - **第1个簇地址**：根目录的偏移地址为第1个簇的起始位置，即22016字节。 假设根目录中有名为“VERINFO”的文件夹，其首簇号为0x129F=4767号簇。那么，“VERINFO”文件夹的偏移地址为22016+(4767-1)*512*32=78108160字节。 如果“VERINFO”文件夹下有一个名为“ver_info.txt”的文件，其首簇号为0x12A0=4768，文件长度为31字节。则该文件的偏移地址为22016+(4768-1)*512*32=78124544字节。 FAT16和FAT32文件系统都是为了有效地管理磁盘空间而设计的，但FAT32在扩展性和性能方面具有明显优势。