第2章 FAT文件系統(tǒng)的扇區(qū)分配

2.1 FAT16的扇區(qū)分配

FAT16文件系統(tǒng)由于能被目前所有的操作系統(tǒng)所識(shí)別,所以在硬盤分區(qū)時(shí)使用得極為普遍。特別是安裝多操作系統(tǒng)的硬盤,有時(shí)必須在主分區(qū)（C盤）使用FAT16文件系統(tǒng)。如果使用不能被某個(gè)操作系統(tǒng)識(shí)別的文件系統(tǒng),則該操作系統(tǒng)就不能順利安裝。

現(xiàn)在的硬盤越來越大,硬盤上安裝的應(yīng)用軟件越來越多,而適合這些應(yīng)用軟件運(yùn)行的操作系統(tǒng)不盡相同,特別是編程人員使用的計(jì)算機(jī),一般都安裝兩三個(gè)操作系統(tǒng)。用于多操作系統(tǒng)引導(dǎo)的有關(guān)文件,必須存儲(chǔ)在FAT 1 6格式的分區(qū)中,才能被不同的操作系統(tǒng)加載使用。

所以在當(dāng)前主流文件系統(tǒng)中,盡管FAT16存在著許多缺點(diǎn),但仍然得到了廣泛的使用。

FAT16文件系統(tǒng)的磁盤扇區(qū)是這樣分配的。

在使用FAT16文件系統(tǒng)的分區(qū)內(nèi),第一個(gè)扇區(qū)是分區(qū)表（C盤）和分區(qū)鏈表（D盤和以后的盤）,其中C盤的第一個(gè)扇區(qū)還包含主引導(dǎo)記錄。嚴(yán)格地講,分區(qū)表所在的扇區(qū)不屬于任何分區(qū),但是從物理空間上它們又靠得很近,為了今后在計(jì)算扇區(qū)編號(hào)時(shí)比較容易找到規(guī)律,暫且將分區(qū)表這樣劃分。

之后是系統(tǒng)隱藏扇區(qū),包括含有分區(qū)表或分區(qū)鏈表在內(nèi)的扇區(qū),一共占用63個(gè)扇區(qū),實(shí)際上就是一個(gè)磁道所包含的扇區(qū)。

系統(tǒng)隱藏扇區(qū)之后是分區(qū)引導(dǎo)記錄,占用一個(gè)扇區(qū)。

再往后是兩份相同的文件分配表FAT1和FAT2,每份FAT表占用多少個(gè)扇區(qū),由分區(qū)的大小而定,分區(qū)大所占用的扇區(qū)就多,具體數(shù)值可從分區(qū)引導(dǎo)記錄的BPB表中查得,查找方法可參考第1章的內(nèi)容。

緊接FAT表之后是文件目錄表FDT,固定占用32個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)可容納16個(gè)登記項(xiàng),每個(gè)登記項(xiàng)的長度是32字節(jié)。

FDT表之后是數(shù)據(jù)區(qū)DATA,數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的扇區(qū)是按照簇來管理的,簇的大小由分區(qū)大小而定,它們之間的關(guān)系可參考第1章的內(nèi)容。

扇區(qū)分配的情況見表2-1。

2.2 FAT16扇區(qū)尋址實(shí)例分析

詳細(xì)了解文件系統(tǒng)的扇區(qū)分配是排除硬盤邏輯故障的重要基礎(chǔ)。下面以作者使用的硬盤為例,介紹FAT16文件系統(tǒng)的扇區(qū)地址的尋址計(jì)算方法。

在進(jìn)行扇區(qū)尋址和計(jì)算的過程中,需要用到后面《工具篇》中介紹的一些工具程序,本章先使用這些程序的執(zhí)行結(jié)果,程序的詳細(xì)運(yùn)行方法在后面的章節(jié)中再作介紹。

作者使用的計(jì)算機(jī)上掛接了兩塊硬盤,為了在以后進(jìn)行扇區(qū)掃描時(shí)節(jié)省時(shí)間,特意選用了兩塊小容量的硬盤。一塊容量是6．2GB,接在第一IDE接口上,硬盤編號(hào)是“0”。另一塊容量是40GB,接在第二IDE接口上,硬盤編號(hào)是“1”。

現(xiàn)在將1號(hào)硬盤作為主要操作對(duì)象,該硬盤劃分成C、D、E、F、G、H、I七個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器,將0號(hào)硬盤作為輔助操作對(duì)象。1號(hào)硬盤的前五個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器的容量都是2GB,除了F盤使用NTFS文件系統(tǒng),其余的C、D、E、G盤都使用FAT16文件系統(tǒng)。后兩個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器使用FAT32文件系統(tǒng),H盤的容量是10GB,I盤的容量是18GB。

下面以E盤為例,介紹FAT16文件系統(tǒng)的扇區(qū)分配。

運(yùn)行“備份系統(tǒng)扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,就可以將硬盤上所有的邏輯驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)扇區(qū)數(shù)據(jù),備份到文件中進(jìn)行保存。每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器備份兩個(gè)扇區(qū),其中一個(gè)是存儲(chǔ)分區(qū)表或分區(qū)鏈表的扇區(qū),另一個(gè)是存儲(chǔ)分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)。當(dāng)分區(qū)引導(dǎo)記錄占用多個(gè)扇區(qū)時(shí),如FAT32和NTFS文件系統(tǒng),只備份第一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。

程序運(yùn)行以后,除了每個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器建立兩個(gè)備份文件之外,還建立了一個(gè)扇區(qū)號(hào)的備查文件。目的是當(dāng)系統(tǒng)引導(dǎo)出現(xiàn)故障時(shí),可以將備份出來的數(shù)據(jù),再按照原來的扇區(qū)號(hào)寫回去,就可以修復(fù)硬盤。

扇區(qū)號(hào)備查文件的內(nèi)容如下。

    Boot sector number：
    1：0
    2：63
    3：4192965
    4：4193028
    5：8385930
    6：8385993
    7：12578895
    8：12578958
    9：16771860
    10：16771923
    11：20964825
    12：20964888
    13：41447700
    14：41447763

根據(jù)扇區(qū)號(hào)備查文件中的記錄,可以讀出E盤存儲(chǔ)分區(qū)鏈表的扇區(qū)號(hào)是“8385930”。再運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“8385930”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-1所示。

因?yàn)镋盤不是第一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器,所以在圖2-1所示的對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)中,沒有主引導(dǎo)記錄,只有分區(qū)鏈表。

找到字節(jié)位移1c6H開始的4字節(jié),也就是字節(jié)編號(hào)455-458,扇區(qū)數(shù)據(jù)中的字節(jié)值是“3F 00 00 00”。這是一個(gè)雙字,由于存儲(chǔ)時(shí)的順序是低字節(jié)在前,高字節(jié)在后,因此這個(gè)雙字寫成十六進(jìn)制的形式是“0000003fH”,換算成十進(jìn)制是“63”。

這個(gè)數(shù)值是分區(qū)前的扇區(qū)數(shù),也可以看作是系統(tǒng)保留的扇區(qū)數(shù)。文件系統(tǒng)在檢索文件的過程中,需要進(jìn)行扇區(qū)號(hào)計(jì)算時(shí),是從分區(qū)引導(dǎo)記錄存儲(chǔ)的扇區(qū)號(hào)開始的,系統(tǒng)保留扇區(qū)不計(jì)算在內(nèi)。

在這63個(gè)系統(tǒng)保留扇區(qū)中,只有最前面的扇區(qū)寫有數(shù)據(jù),其余62個(gè)扇區(qū)空置不用。系統(tǒng)保留扇區(qū)之后,就是存儲(chǔ)分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)。用8385930加上63,就得到分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)號(hào)是“8385993”。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“8385993”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-2所示。

在圖2-2所示的對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)中,與當(dāng)前討論的問題相關(guān)的是BPB表,其他的內(nèi)容不在本書討論的范圍。

解讀E盤BPB表的內(nèi)容,可以參考第1章中的表1-2來進(jìn)行。為了簡化敘述的過程,在描述扇區(qū)中某一個(gè)字節(jié)的位置時(shí),只使用字節(jié)編號(hào),暫時(shí)就不再使用字節(jié)位移的概念了。

現(xiàn)在找到第23字節(jié)開始的兩字節(jié),存儲(chǔ)在扇區(qū)中的數(shù)據(jù)是“00 01”,也就是“0100H”,十進(jìn)制是“256”。這一個(gè)字段的值,記錄的是每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù)。

先讀出第一FAT表的第一個(gè)扇區(qū),因?yàn)镕AT16文件系統(tǒng)的分區(qū)引導(dǎo)記錄只占用1個(gè)扇區(qū),而緊接在分區(qū)引導(dǎo)記錄之后的就是FAT表,所以第一FAT表的首扇區(qū)號(hào)是“8385993”加上1,即“8385994”。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“8385994”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-3所示。

在第1章中曾經(jīng)介紹過,FAT16文件系統(tǒng)和FAT32文件系統(tǒng)有一個(gè)共同的特點(diǎn),它們的FAT表的首扇區(qū)的前兩字節(jié)是F8 FF,圖2-3所示的對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)符合這個(gè)特征。

用第一FAT表的首扇區(qū)號(hào)加上每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù),就是第二FAT表的首扇區(qū)號(hào)。具體計(jì)算方法是8385994+256=8386250。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“8386250”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-4所示。

將圖2-4所示的對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)與圖2-3所示數(shù)據(jù)比較一下,可以發(fā)現(xiàn)它們完全相同。因此當(dāng)?shù)谝籉AT表意外損壞時(shí),可以將第二FAT表的數(shù)據(jù)拷貝到第一FAT表相對(duì)應(yīng)的扇區(qū)中去,覆蓋損壞的數(shù)據(jù),就可以修復(fù)文件系統(tǒng)。

接下來繼續(xù)計(jì)算文件目錄表FDT的扇區(qū)地址。將第二FAT表的首扇區(qū)號(hào),加上每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù),就是FDT的首扇區(qū)號(hào),具體計(jì)算方法是8386250+256=8386506。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“8386506”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中。可是FDT表的首扇區(qū)不象FAT表的首扇區(qū)那樣,有一個(gè)“F8 FF”的判斷標(biāo)志,如何驗(yàn)證顯示的就是首扇區(qū)呢？為了消除這個(gè)疑問,可以在顯示了“8386506”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)以后,再打開一個(gè)對(duì)話框,顯示的是其前一個(gè)扇區(qū),即“8386505”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。通過兩個(gè)對(duì)話框數(shù)據(jù)的比較,就能驗(yàn)證這個(gè)問題,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-5所示。

如圖2-5所示,左邊的對(duì)話框顯示的是“8386505”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù),右邊的對(duì)話框顯示的是“8386506”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。因?yàn)椤?386505”號(hào)扇區(qū)屬于第二FAT表的最后一個(gè)扇區(qū),而一般情況下FAT表不會(huì)被寫滿,所以該扇區(qū)的數(shù)據(jù)為0。由此可以驗(yàn)證出,“8386506”號(hào)扇區(qū)確是FDT表的首扇區(qū)。

如果將“8386506”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)用字符方式顯示出來,就能觀察到存儲(chǔ)在E盤的部分目錄或文件名。在WINDOWS 2000的32位圖形界面下,有些特殊字符不容易顯示,使用輔助的16位程序,顯示效果要好一些。打開WINDOWS 2000的“命令提示符”窗口,在命令行運(yùn)行程序READSF．EXE,顯示效果如圖2-6所示。

現(xiàn)在將圖2-6的截圖畫面解釋一下。執(zhí)行程序時(shí)在命令行輸入“readsf/rc”，readsf是可執(zhí)行文件名,/rc是命令行開關(guān),設(shè)定程序用字符方式顯示文件內(nèi)容。回車后程序顯示提示行“Enter file name：”,輸入需要顯示數(shù)據(jù)的文件名“fdtfile”,該文件中備份的是“8386506”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù),是由“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序建立的。

在顯示的字符內(nèi)容中,上面幾行的第一個(gè)字符都是“σ”,這個(gè)ASCII字符的值是e5H,表示原來的文件已被刪除。下面有幾行顯示出目前存儲(chǔ)的目錄或文件名,如在第11行顯示的“NTCPP”就是一個(gè)目錄名。

最后計(jì)算數(shù)據(jù)區(qū)DATA的首扇區(qū)地址。因?yàn)镕AT16文件系統(tǒng)的FDT表占用固定的32個(gè)扇區(qū),所以用FDT表的首扇區(qū)號(hào)加上32,就是數(shù)據(jù)區(qū)的首扇區(qū)號(hào),計(jì)算結(jié)果是“8386538”。為了驗(yàn)證這種推導(dǎo)是否正確,仍然采用前面的方法,將其前一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)并列顯示在對(duì)話框中加以比較。程序的運(yùn)行界面如圖2-7所示。

如圖2-7所示,左邊的對(duì)話框顯示的是“8386537”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù),右邊的對(duì)話框顯示的是“8386538”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)。因?yàn)椤?386537”號(hào)扇區(qū)屬于FDT表的最后一個(gè)扇區(qū),而一般情況下FDT表不會(huì)被寫滿,所以該扇區(qū)的數(shù)據(jù)為0。由此可以驗(yàn)證,“8386538”號(hào)扇區(qū)確實(shí)是數(shù)據(jù)區(qū)DATA的首扇區(qū)。

2.3 FAT32的扇區(qū)分配

FAT32文件系統(tǒng)可以認(rèn)為是擴(kuò)展了的FAT16文件系統(tǒng),因?yàn)樗臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本上與FAT16文件系統(tǒng)相同。如FAT表的結(jié)構(gòu)是相同的,只不過簇登記項(xiàng)使用了32位的標(biāo)識(shí)符；文件目錄登記項(xiàng)的字段記錄基本是一樣的,只不過沒有放在固定的FDT表中,而是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)中。這種擴(kuò)充是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的需要,其中最主要的原因是硬盤容量的快速增長。

FAT32文件系統(tǒng)的扇區(qū)分配與FAT16文件系統(tǒng)相比較,有一些地方不相同,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）FAT32文件系統(tǒng)使用32位簇標(biāo)識(shí)符,但保留了高4位,實(shí)際上只有28位簇標(biāo)識(shí)符,可以訪問228個(gè)簇。而FAT16文件系統(tǒng)使用16位簇標(biāo)識(shí)符,只能訪問216個(gè)簇。

（2）由于每個(gè)簇占用的扇區(qū)數(shù)的減少,使得簇的數(shù)量大大增加,因此每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù)也大大增加了。

（3）FAT32文件系統(tǒng)沒有固定的FDT表,將文件和目錄登記項(xiàng)都作為數(shù)據(jù)對(duì)待,與其他數(shù)據(jù)一樣存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)DATA中。

（4）分區(qū)引導(dǎo)記錄占用6個(gè)扇區(qū),并且有兩個(gè)相同的拷貝,共占用12個(gè)扇區(qū)。FAT表之前的保留扇區(qū)數(shù)增加到32個(gè)。

FAT32文件系統(tǒng)的扇區(qū)分配如表2-2所示。

2.4 FAT32扇區(qū)尋址實(shí)例分析

現(xiàn)在以作者的1號(hào)硬盤中的H盤為例,說明對(duì)FAT32文件系統(tǒng)各部分扇區(qū)的尋址計(jì)算方法。

根據(jù)2．2節(jié)中的扇區(qū)號(hào)備查文件記錄,可以讀出H盤存儲(chǔ)分區(qū)鏈表的扇區(qū)號(hào)。因?yàn)槊恳粋€(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器備份兩個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù),所以與H盤對(duì)應(yīng)的扇區(qū)應(yīng)該是第11和第12個(gè)記錄。第11個(gè)記錄是分區(qū)鏈表扇區(qū)號(hào),讀出其值是“20964825”,第12個(gè)記錄是分區(qū)引導(dǎo)記錄的首扇區(qū)號(hào)。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20964825”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-8所示。

因?yàn)镠盤不是第一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器,所以在圖2-8所示對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)中,沒有主引導(dǎo)記錄,只有分區(qū)鏈表。

找到字節(jié)位移1c6H開始的4字節(jié),也就是字節(jié)編號(hào)455-458,扇區(qū)數(shù)據(jù)中的字節(jié)值是“3F 00 00 00”,換算成十進(jìn)制是“63”。

這個(gè)數(shù)值是系統(tǒng)隱藏的扇區(qū)數(shù),用20964825加上63,就得到分區(qū)引導(dǎo)記錄的首扇區(qū)號(hào)是“20964888”。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20964888”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-9所示。

FAT32文件系統(tǒng)的分區(qū)引導(dǎo)記錄有兩個(gè)相同的拷貝,每個(gè)拷貝占用6個(gè)扇區(qū)。所以將扇區(qū)號(hào)20964888加上6,就得到第二份拷貝的首扇區(qū)號(hào)是“20964894”。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20964894”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-10所示。

將圖2-9所示的對(duì)話框與圖2-10所示的對(duì)話框的內(nèi)容比較一下,可以發(fā)現(xiàn)它們完全一樣。

現(xiàn)在計(jì)算第一FAT表的首扇區(qū)地址。前面曾講過,FAT32文件系統(tǒng)的分區(qū)引導(dǎo)記錄一共保留了32個(gè)扇區(qū)。所以用分區(qū)引導(dǎo)記錄的首扇區(qū)號(hào)加上32,就得到第一FAT表的首扇區(qū)地址,計(jì)算方法是20964888+32=20964920。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20964920”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-11所示。

在圖2-11所示的對(duì)話框顯示的數(shù)據(jù)中,前兩個(gè)字節(jié)的值是“F8 FF”,這是FAT表的首扇區(qū)標(biāo)志,不管是FAT16文件系統(tǒng),還是FAT32文件系統(tǒng),都具有這種扇區(qū)特征。

要繼續(xù)計(jì)算第二FAT表的首扇區(qū)地址,首先必須根據(jù)某一個(gè)字段值計(jì)算出每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù)。

參考第1章中表1-3的內(nèi)容,知道在FAT32文件系統(tǒng)的BPB表中,每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù),記錄在分區(qū)引導(dǎo)記錄扇區(qū)中的第37-40的4字節(jié)中。

在圖2-9或圖2-10中,讀出該字段的值是“0D 27 00 00”,十六進(jìn)制是“270dH”,十進(jìn)制是“9997”。于是就得到第二FAT表首扇區(qū)地址的計(jì)算方法是20964920+9997=20974917。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20974917”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中,程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-12所示。

將圖2-11所示的對(duì)話框與圖2-12所示的對(duì)話框中顯示的數(shù)據(jù)比較一下,可以發(fā)現(xiàn)它們完全相同。

因?yàn)镕AT32文件系統(tǒng)沒有FDT表,所以找到第二FAT表以后,最后查找的就是數(shù)據(jù)區(qū)DATA了。用第二FAT表的首扇區(qū)號(hào),加上每個(gè)FAT表占用的扇區(qū)數(shù),就得到數(shù)據(jù)區(qū)的首扇區(qū)地址。計(jì)算方法是20974917+9997=20984914。

運(yùn)行“查看硬盤扇區(qū)數(shù)據(jù)．EXE”程序,將“20984914”號(hào)扇區(qū)的數(shù)據(jù)顯示在對(duì)話框中。為了驗(yàn)證該扇區(qū)是DATA的首扇區(qū),仍然采用以前的方法,將其前一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)并列顯示出來,進(jìn)行比較判斷。程序的運(yùn)行結(jié)果如圖2-13所示。

如圖2-13所示,左邊對(duì)話框顯示的是前一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù),全部字節(jié)都是0,由此可以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是正確的。

前面曾講過,FAT32文件系統(tǒng)將文件目錄登記項(xiàng)作為數(shù)據(jù)對(duì)待,也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)中,存儲(chǔ)格式與FAT16基本相同。現(xiàn)在將圖2-13右邊對(duì)話框中的數(shù)據(jù),用字符方式顯示出來驗(yàn)證一下。為了使字符顯示的效果好一些,可以運(yùn)行16位程序 READSF．EXE,程序運(yùn)行后的顯示界面如圖2-14所示。