fat32文件系统的组成，启动区（BPB），保留区，fat表区，数据区介绍（1）

本节介绍 fat32 文件系统的组成部分。

fat32 文件系统的基本组成

网上大部分介绍 fat32 文件系统的文章通常都会按照下图，认为有 4 部分组成。

这当然没有错，只是这么作图有些不太恰当。在 ubuntu 操作系统中，使用 mkfs.vfat -s2 -F32 命令将 u 盘格式化为 fat32 文件系统，会发现其实文件系统只有 3 个区域，上图的引导扇区（BPB）实际上是存储在保留区内部的，如下图：

上图是直接以 16 进制查看格式化后的 u 盘的数据。保留区在整个 u 盘的最前端，里面包含了 BPB 区和它的一个备份。紧接着就是 fat 表区。fat 表区之后一直到 u 盘的最后，都是数据区了。因此 fat32 文件系统的结构应该如下画才是合适的。

BPB记录着文件系统的信息，数据将被存放在数据区，而fat表取则记录着用来索引数据的信息。用直白的话说，就是BPB让使用者知道 u 盘叫什么名字，每个扇区多大，一共有多少个扇区等等，当使用者把数据存放在数据区时，fat表区负责告诉使用者这些数据存放到哪了。下面详细说说这几个部分。

1. 保留区

如上面所说，保留区在磁盘的最前端，fat12 和 fat16 的保留区通常只有一个扇区那么大，fat32 文件系统在微软的操作系统上，保留区可以为任意扇区大小，典型大小为 32 个扇区。保留区存放着 BPB 和 BPB 的备份。

2. BPB 区

BPB 区记录着磁盘的重要信息，如果 BPB 区的数据损坏了，操作系统就无法识别该磁盘了，只能重新格式化再使用了。那么 BPB 区记录着哪些信息呢？这里以一个 C 语言的结构体做介绍。

typedef struct __BPB
{
    __le8       jmpBoot[3];         // EB 58 90
    __le8       oemName[8];         // MSWIN4.1
    __le16      bytesPerSec;        // 每扇区字节数
    __le8       secPerClus;         // 每簇扇区数
    __le16      reservedSecCnt;     // 保留的扇区数，典型值 32
    __le8       fatsCnt;            // fat 表数量，通常为 2
    __le16      rootEntCnt;         // 根目录项数，fat32文件系统必须设置为 0
    __le16      totSet16;           // fat32 必须为 0
    __le8       media;              // 存储类型，0xF8表示可移动存储介质
    __le16      fatSecCnt16;        // fat32 必须为 0
    __le16      secPerTrk;          // 每磁道扇区数，参考值 0
    __le16      numHeads;           // 磁头数，参考值 9
    __le32      hiddSec;            // 隐藏扇区数，没有的话设置为 0
    __le32      totSec32;           // 总扇区数
    __le32      fatSecCnt32;        // 一个 fat 表所占的扇区数
    __le16      extFlags;           // 0
    __le16      fsver;              // 0
    __le32      rootClus;           // 根目录所在的簇号，通常为 2
    __le16      fsInfo;             // 1
    __le16      bkBootSec;          // 6
    __le8       reserved[12];       
    __le8       drvType;            // 0x00:软盘  0x80:硬盘
    __le8       reserved1;          // 0
    __le8       bootSig;            // 0x29
    __le32      volID;
    __le8       fileSysName[11];    // "NO NAME    "
    __le8       fileSysType[8];     // "FAT32   "
};

BPB的前 3 个字节是跳转指令，指向启动代码，通常固定为 0xEB 0x58 0x90。接下来的 8 个字节是 oem 名，有的厂商提供的驱动程序会检测该值，所以建议设置为 MSWIN4.1，以避免无法识别的情况发生。其他部分见注释，说的比较清楚了，也给出了参考值。

3. fat 表区

fat32 文件系统是以簇为存储单元的，可在 BPB 中指定每个簇占几个扇区，而通过 BPB 的介绍，我们知道 fat32 文件系统可以指定扇区的字节数，所以通过设置 BPB，可以决定 fat32 文件系统的最小存储单元。

存储单元是什么意思呢？我们以下图为例：

发现说明文件.txt的大小只有 107B，但是占用空间却为 4kB，这是为什么呢？其实，这可以用最小存储单元解释。这里的 4kB 即为 fat32 文件系统的簇大小。在存储文件时，哪怕文件只有 1 个字节，它也会占用一个簇，存下一个文件时，将会占用下一个簇。这就解释了为何大小为 107 字节的文件占用空间为 4kB。

fat表的作用就是记录文件占用了哪些簇，fat 表每 4 个字节记录着一个簇。以后需要查询文件时，直接从fat表开始就可以了，不至于摸不着头脑。以上面 16 进制查看的 u 盘数据为例，因为是新格式化的 u 盘，所以整个 u 盘还没有被使用，数据区为空，fat 表区的 0 号和 1 号簇为保留簇，不使用，2 号簇则通常为根目录簇，所以刚格式化还没使用的 u 盘，fat 表记录着 3 个簇。

上面图中标的 fat 表区，实际上是两个 fat 表，其中一个是另一个的备份。

用dosfsck命令可以查看FAT32设备的相关信息：

$ sudo dosfsck -v /dev/ram1
dosfsck 3.0.12 (29 Oct 2011)
dosfsck 3.0.12 , 29 Oct 2011 , FAT32 , LFN
Checking we can access the last sector of the filesystem
Boot sector contents :
System ID " mkdosfs "
Media byte 0 xf8 ( hard disk )
512 bytes per logical sector
512 bytes per cluster
32 reserved sectors
First FAT starts at byte 16384 ( sector 32)
2 FATs , 32 bit entries
516608 bytes per FAT (= 1009 sectors )
Root directory start at cluster 2 ( arbitrary size )
Data area starts at byte 1049600 ( sector 2050)
129022 data clusters (66059264 bytes )
63 sectors / track , 255 heads
0 hidden sectors
131072 sectors total
Checking for unused clusters .
Checking free cluster summary .
/dev/ram1 : 0 files , 1/129022 clusters

4. 数据区

数据区记录的就是数据了，当然，数据区记录的不是纯粹的文件内容，还包括文件名，文件大小，文件的创建时间等属性信息。这个放在下一节详细说说。