FAT文件系统几点释疑

春节前微软MF负责人员就提出用C#实现MF的文件系统，由于前一段时间事务相对比较繁忙，所以直到上礼拜六才开始深入研究FAT文件系统。其实FAT文件系统早在九十年代中期上大学初的时候就已经了解，当时有一款叫PCTools的工具软件，可以直接读写磁盘的扇区，由于当时的软盘很容易坏（常见的就是0磁道被划伤），所以那个时候能用PCTools修复软盘的在我眼中都是高手。当时对FAT表，32个字节的文件（或目录）信息表基本都了解，唯一比较可惜的是，自己从来都没有用PCTools修改过磁盘的扇区信息（为什么呢？我想不外乎如下几个原因，一、相关资料比较匮乏（互联网真是一个好东西）；二、掌握这种技能的人相对比较保守，不肯轻易示人；三、当时我的主要兴趣是用C语言实现各种数学算法，直到现在，我的内心深处也是对相对偏硬的知识有一种近乎本能的排斥（我当时编写的那些程序直到今天都运行正常，那些相对偏硬（或偏底层）一点的技术，如驻留内存技术、直接打屏技术、修改中断向量表技术、操作Bios中断、DOS中断技术、西文DOS下显示汉字技术，其实到目前已经作古））。

下面几点疑问其实就是我的疑问，不敢说我的理解是正确的，但最起码比以前的理解更接近真相。

1、 FAT32比FAT16文件系统在数据存取方面更有效率，因为它的簇数所占字节数比后者小？

答：这种理解是比较片面的。如下表(微软默认格式化参数)

FAT16文件系统	FAT32文件系统
磁盘大小	扇区/簇	字节数	磁盘大小	扇区/簇	字节数
4.1~16MB	2	1k	32.5~260MB	1	512
<=128MB	4	2k	<=8GB	8	4k
<=256MB	8	4k	<=16GB	16	8k
<=512MB	16	8k	<=32GB	32	16k
<=1GB	32	16k	>32GB	64	32k
<=2GB	64	32k

其实对小容量存储器<=<chmetcnv unitname="m" sourcevalue="256" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">256M</chmetcnv>我倒是时比较建议用FAT16格式，至于小于<chmetcnv unitname="m" sourcevalue="4" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on"><span lang="EN-US"><font face="Times New Roman">4M</font></span></chmetcnv>的存储器那就不要难为FAT16了，直接采用FAT12吧。

2、 怎样区分FAT12、FAT16、FAT32文件系统？

答：通过数据区所占用的簇数来判断，微软的文档中号称这是检查FAT文件系统类型的唯一办法，称这个世上不存在簇数大于4084的FAT12卷，也不存在簇数小于4085或是大于65524的FAT16卷，同样没有哪个FAT32卷的簇数小于65525。如果你坚持要违背这个规则来创建一个FAT卷，那么微软的操作系统将无法对此卷进行操作，因为它不认为这是FAT文件系统。

簇数=（扇区总数-（保留扇区数+（FAT表个数*FAT表所占扇区数）+根目录所占扇区数））/每簇扇区数

3、 主要分区、扩展分区、逻辑驱动器？

答：磁盘系统最初设计的时候，认为一个磁盘分四个分区就够了，这四个分区就是主要分区，由磁盘引导扇区DPT磁盘分区表进行配置（一个分区配置占16个字节，共64个字节）。随着硬盘容量的增大（更有可能的是最初设计的时候就已经考虑到了这种情况），分四个分区不能满足需要了，特别是FAT16时代，一个硬盘大于<chmetcnv unitname="g" sourcevalue="8" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on"><span lang="EN-US"><font face="Times New Roman">8G</font></span></chmetcnv>，分四个区后，剩下的空间就没法利用了。扩展分区这个时候的意义就来了，可以把扩展分区又看成一个小磁盘，它的初始扇区的地址由DPT磁盘分区表任意4个中的任一个指定（注意，在磁盘类型这个字节的配置中一定设置为0x05，它告诉系统，这个地址指向的分区是扩展分区，其它常用的值如，01-FAT32 ，06-FAT16，07-NTFS分区，在不知道这个知识的情况下，害的我到处到在google上搜索，怎样区分MDR和DBR扇区信息）。逻辑驱动器是扩展分区这个小磁盘上的主要分区，不过这个分区前面一定要有虚拟MDR引导记录扇区，这个扇区中DPT磁盘分区表再指向实际的磁盘分区（有点绕），这时候的分区内容就和主要分区一样了。所以嘛，如果你仅分四个以内（包括四个）的分区，我建议最好都分成主分区。

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4、 U盘能否分区？

答：原先我以为U盘和硬盘一样，随意分区，和什么样的优盘没有什么关系，事实证明我错了。目前据我所知道的是，如果你优盘插入后，系统把它当作硬盘，那么恭喜你，你的优盘可以分区了（不要想当然的认为，格式化为HDD格式就可以了，其实和这个没有关系，应该和U盘里面的相关驱动程序有关系，我把一个可分区的优盘信息内容全部克隆到另一个优盘上了，事实上仅可以看到第一个分区的内容，如果你用磁盘管理程序来看该磁盘内容，你可以看到那个分区，但是不能格式化，系统提示：分区未启用）。

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5、 怎样直接读写硬盘指定的扇区？

答：以前认为很复杂，其实很简单，用流函数操作即可（需要超级用户的权限）。

CreateFile，CloseHandle，WriteFile，ReadFile四个API函数搞定，唯一区别的是，文件名称要特别设置。

对逻辑磁盘，其文件名称为：“\\.\C:”、“\\.\D:” … … 其读写的0扇区从引导扇区开始算起（即DBR所在的扇区）。

对物理磁盘，其文件名称为：“\\.\PhysicalDrive<chmetcnv unitname="”" sourcevalue="0" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">0<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-no-proof: no"><span lang="EN-US">”</span></span></chmetcnv>、“\\.\ PhysicalDrive<chmetcnv unitname="”" sourcevalue="1" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">1<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-no-proof: no"><span lang="EN-US">”</span></span></chmetcnv> … …其读写的0扇区就是主引导记录所在的扇区。

6、 什么是隐藏扇区、保留扇区？

以FAT16文件系统为例

隐藏扇区	保留扇区	FAT表	根目录区	数据区
分区前 ß	à分区后 文件系统开始的部分

隐藏扇区可以没有，隐藏扇区第一扇区就是存放MBR（或扩展分区中虚拟MBR），保留扇区第一个扇区存放的就是引导扇区信息（DBR）。

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上图是我用C#做的磁盘读写程序，已经可以分区和格式化了。

参考资料：

1、《Microsoft Extensible Firmware Initiative FAT32 File System Specification》 V1.03,December 6,2000

2、网友整理的《FAT文件系统原理》

附记：

学会一件东西需要有三要素：1、相关资料齐备（否则麻烦就大了，还好我们有互联网，这里向那些斩荆劈藜的先驱致敬） 2、多读、多想、多做 3、再加一点领悟能力

什么叫悟性，看过武打小说的人对这个“悟性”这个词一定心神领会，没有悟性的人即使武林秘籍在手，也练不成绝世武功。在佛教徒里，没有“悟性”的人是成不了佛的。有些人认为悟性是天生的，和天资聪颖是一回事。

我个人拙见，人认识和理解新事物分三个步骤，第一步把新事物和以前已知的事物进行类比，做出第一步猜想；第二、验证猜想；第三、回到第一步，继续循环，直到接近事物的本源（其实很多科学规律的就是这样发现的）。悟性和认识事物的这个过程的时间长短成反比。如果时间为一刹那，那么他就成佛了。

做出猜想是成功的第一步，尤为重要，而这一步我认为和后天的经验有关，是可以通过学习得到的。其实很聪明，悟性很高的人，涉猎很广，对很多知识都有很强的求知欲，相关知识积累到一定层度，最后量变就引起质变。现在的原子弹不是也不用实际爆破试验了吗，通过计算机就可以模拟试验了，大大加快了研发进程（这是因为技术储备到一定层度了）。