64位操作系统-FAT12文件系统

FAT12是DOS时代就开始使用的文件系统，直到现在仍然在软盘上使用，FAT12软盘的被格式化后为：有两个磁头，每个磁头80个柱面（磁道），每个柱面有18个扇区，每个扇区512个字节空间。所以标准软盘的总空间为：

2 * 80 *18 * 512=1474560B=1440K=1.44M

下面是FAT12的结构图：

引导扇区

操作系统之所以认识FAT12格式的磁盘，其秘密就在于逻辑0扇区这512B上。如果这512字节的最后两个字节的内容分别是55和AA（0xAA55低字节在前，高字节在后)的话，BIOS在启动时会将这个扇区读取到0:7C00h-0:7DFFh处，然后跳转到0:7C00h处继续执行指令，操作系统即用此来达到引导系统的目的，而这个磁盘就称为引导磁盘。

操作系统标识FAT12文件系统是因为在逻辑0扇区(即引导扇区)处还存储着一个特定的数据结构，此结构有固定的格式，在操作系统将此磁盘格式化时自动生成，具体数据结构如下表所示：

BS_jmpBoot：是跳转指令，偏移0处的跳转指令必须是合法的可执行的基于x86的CPU指令，如：jmp start，这样可以生成3字节长的指令，（加关键字short的短跳转指令的长度是2字节），指向操作系统引导代码部分。Windows和MS-DOS生成的FAT12启动扇区中的跳转指令是短跳转，如：jmp short LABEL_START，然后加一个nop的空指令来保持3字节的长度。

BPB_BytsPerSec：每扇区的字节数，类型是双字节长，标准分区上的每扇区字节数一般是512B， FAT12的格式下设置为512(0x200h)。

BPB_SecPerClus：每簇扇区数，偏移13处，类型是字节，簇是数据存储的最小单位，在FAT12格式下一般为1，即每簇只有1个扇区(512字节)。

BPB_RsvdSecCnt：Boot记录占用多少扇区，即在FAT1之前的 引导扇区，一般情况下，引导扇区占用1个扇区。

BPB_NumFATs：共有多少个FAT表，默认情况下此字段的值为2，也就是有两个FAT表，FAT1和FAT2的内容相同，当FAT1表出错的时候可以使用FAT2来恢复文件分配表。

BPB_RootEntCnt：根目录文件数最大值，默认为224，每个目录条目占用32B的空间，因此根目录的大小为：224*32/512=14，即占用14个扇区。

BPB_TotSec16：扇区总数=0xB40=2880，这里的扇区总数包括保留扇区（含引导扇区）、FAT表、根目录区以及数据区占用的全部扇区数，如果此域值为0，则BPB_TotSec32必须是非0值。

BPB_Media：描述存储介质类型。对于不可移动的存储介质而言，标准值是0xF8；对于可移动的存储介质，常用值为0xF0。此域的合法值为0xF0、0xF8、0xF9、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD、0xFE、0xFF。无论往该字段写入什么值，必须向FAT[0]的低字节写入相同的值。

BPB_FATSz16：每个FAT占用的扇区数=0x9=9，即FAT1占用1—9逻辑扇区，FAT2占用10—18逻辑扇区。

BPB_SecPerTrk：每磁道扇区数=0x12=18，即标准FAT12文件系统中，每个磁道的扇区数就是为18。

BPB_NumHeads：磁头数=0x2=2，该磁盘包括2个磁头，也就是面数是2。

BS_VolLab：指定卷标。

BS_FileSysType：指定文件系统类型。这个类型只是字符串，操作系统不使用该字段来鉴别FAT类文件系统类型。

结构如下所示：

FAT表

FAT1和FAT2是两个完全相同的FAT表，每个FAT占用9个扇区。其中FAT1占用1—9扇区，FAT2占用10—18扇区。

FAT12文件系统以簇为单位分配数据区的存储空间（扇区），每个簇的长度为BPB_BytsPerSec * BPB_SecPerClus，数据区的簇号与FAT的表项是一一对应的关系。即使文件只有一个字节没FAT12文件系统也会分配一个簇的空间存储它。此种设计方法可以将磁盘存储空间按固定的存储片（页）有效管理起来，进而可以按照文件偏移，分片段访问文件内的数据，就不必将文件里的数据一次性读取出来。

FAT表项的位宽与FAT类型有关系，如FAT12的表项位宽为12bit，FAT32的表项位宽为32bit。当一个文件体积增大时，其所需的磁盘空间也会增加，随着时间推移，文件系统将无法确保文件中的数据存储在连续的扇区中，文件往往会被分为若干个片段，借助FAT表，将不连续的文件片段按簇号连接起来，这个连接与C语言中的单链表极为相似。

首先12个二进制数字表示这个簇指向的下一个簇。FAT表从零开始编号。如果2号簇储存的数字为3，那么说明2号簇指向3号簇。3号簇的12位数字储存的是5的话，那么说明3号簇指向5号簇。这就形成了一个链表，链表的空指针NULL（结尾标志），使用0xFFF表示。

其中FAT[0]的低8位在数值上与BPB_Media字段保持一致，其余位全部为1。

现在大部分操作系统直接跳过这两个表项的检索，使它们不再参与计算。所以FAT[0]和FAT[1]的值页不那么重要了。

根目录区

根目录区的开始扇区号是19，它是由若干个目录条目(Directory Entry)组成，条目最多有BPB_RootEntCnt个，由于根目录区的大小是依赖于BPB_RootEntCnt的，所以长度不固定。

在FAT12中，因为BPB_RootEntCnt=0xE0=14*16+0=244，即条目最多为244个，又因为每个条目占用32个字节，故244*32/512=14，即该根目录区占14个扇区，即19—32。

根目录区中的每个条目占用32字节，它的格式如下图：

这里主要定义了文件的名字，属性，最后写入的时间和日期，文件的开始簇数以及文件大小。

数据区

数据区的某一个扇区如果是一个目录，那么这个目录被称为子目录。子目录分为一级、二级……子目录，他们的组织方法和根目录基本一样。

子目录中一定要包含两个目录项：.和..