U盘文件系统
2013-04-04
标签: 文件系统

优盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为 5 部分:MBR 区、DBR 区、FAT 区、FDT区和 DATA区。

主引导记录(MBR)

绝对扇区号为:MBR_LBA=0x00000000处是主引导记录,等同位于硬盘的0磁道0柱面1扇区。

在总共 512 字节的主引导扇区中,MBR 只占用了其中的 446 个字节(ofs:0 - ofs:1BDH),另外的 64个字节(ofs:1BEH - ofs:1FDH)交给了 DPT(Disk Partition Table 盘分区表),最后两个字节“55 AA”(ofs:1FEH - ofs:1FFH)是分区的结束标志。MBR定义如下:

typedef struct

{

uchar bootcode[446];//ofs:0.启动代码。“FA 33 C0 8E D0 BC…”.

PartitionTable PT[4];//ofs:446.分区表 length=4*16.

uint EndingFlag;//ofs:510.结束标识:0xAA55.

}MBR_tag;

Bootcode[446]启动代码一般是固定的,用于引导 x86,不用管。

分区表项的定义如下:

typedef struct

{

uchar BootFlag; //启动标志

CHS StartCHS; //分区开始的柱面、磁头、扇区

uchar SystemID; //分区类型

CHS EndCHS; //分区结束的柱面、磁头、扇区

ulong RelativeSectors; //分区起始扇区数,指分区相对于记录该分区的分区表的扇区位置之差 (该分区表:LBA=0x0)。

ulong TotalSectors;//分区总扇区数

}PartitionTable;

其中 CHS为一个柱面、磁头、扇区的结构,定义如下:

struct CHS

{

uchar Head; //磁头。

unsigned Sector : 6; //扇区。

unsigned CyH2 : 2; //柱面(高两位)。

uchar CyL8; //柱面(低八位)。

ulong Cylinder() {return (uint(CyH2)*256+CyL8);} //返回柱面值

void SetCylinder(uint Cylinder) //设置柱面值 {

CyH2=(Cylinder>>8)&0x3; CyL8=(Cylinder&0xff);

}

};

例:80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00

在这里我们可以看到:

  • “80”是一个分区的激活标志,表示系统可引导;
  • “01 01 00”表示分区开始的磁头号为 01,开始的扇区号为 01,开始的柱面号为 00;
  • “0B”表示分区的系统类型是 FAT32,其他比较常用的有 04(FAT16)、06(bigFAT16)、01(FAT12)、07(NTFS);
  • “FE BF FC”表示分区结束的磁头号为 254,分区结束的扇区号为 63、分区结束的柱面号为 764;
  • “3F 00 00 00”表示首扇区的相对扇区号为 63;
  • “7E 86 BB 00”表示总扇区数为 12289622。

系统引导记录(DBR)

绝对扇区号为:DBR_LBA=MBR.PT[0].RelativeSectors 处是 DBR,等同位于硬盘的 0 磁道 1柱面 1 扇区(512 字节),是操作系统可以直接访问的第一个扇区,它包括一个引导程序和一个被称为 BPB(Bios Parameter Block)的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当 MBR将系统控制权交给它时,判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统的引导文件(以 DOS为例,即是 Io.sys和 Msdos.sys)。如果确定存在,就把其读入内存,并把控制权交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、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,分配单元的大小等重要参数。DBR定义如下:

typedef struct

{

uchar bJmpBoot[3];//ofs:0.典型的如:0xEB,0x3E,0x90。

charbOEMName[8];//ofs:3.典型的如:“MSWIN4.1”。

uintBPB_wBytesPerSec;//ofs:11.每扇区字节数。

uchar BPB_bSecPerClus;//ofs:13.每簇扇区数。

uintBPB_wReservedSec;//ofs:14.保留扇区数,从 DBR到 FAT的扇区数。

uchar BPB_bNumFATs;//ofs:16.FAT的个数。

uintBPB_wRootEntry;//ofs:17.根目录项数。

uintBPB_wTotalSec;//ofs:19.分区总扇区数(<32M时用)。

uchar BPB_bMedia;//ofs:21.分区介质标识,优盘一般用 0xF8。

uintBPB_wSecPerFAT;//ofs:22.每个 FAT占的扇区数。

uintBPB_wSecPerTrk;//ofs:24.每道扇区数。

uintBPB_wHeads;//ofs:26.磁头数。

ulong BPB_dHiddSec;//ofs:28.隐藏扇区数,从 MBR到 DBR的扇区数。

ulong BPB_dBigTotalSec;//ofs:32.分区总扇区数(>=32M时用)。

uchar bDrvNum;//ofs:36.软盘使用 0x00,硬盘使用 0x80。

uchar bReserved1;//ofs:37.保留。

uchar bBootSig;//ofs:38.扩展引导标记:0x29。

uchar bVolID[4];//ofs:39.盘序列号。

charbVolLab[11];//ofs:43.“Msdos”。

charFileSysType[8];//ofs:54.“FAT16”。

uchar ExecutableCode[448];//ofs:62.引导代码。

uintEndingFlag;//ofs:510.结束标识:0xAA55。

}DBR_tag;

DOS引导记录公式:

文件分配表=保留扇区数

根目录=保留扇区数+FAT的个数×每个 FAT的扇区数

数据区=根目录逻辑扇区号+(32×根目录中目录项数)/ 每扇区字节数

绝对扇区号=逻辑扇区号+隐含扇区数

扇区号=(绝对扇区号 % 每磁道扇区数)+1

磁头号=(绝对扇区号 / 每磁道扇区数)% 磁头数

磁道号=(绝对扇区号 / 每磁道扇区数)/ 磁头数

要点:

  • DBR位于柱面 0,磁头 1,扇区 1,其逻辑扇区号为 0
  • DBR包含 DOS引导程序和 BPB。
  • BPB十分重要,由此可算出逻辑地址与物理地址。

文件分配表(FAT)

绝对扇区号为:FAT_LBA = DBR_LBA + BPB_wReservedSec 处是文件分配表,是 DOS 文件组织结构的主要组成部分。我们知道 DOS进行分配的最基本单位是簇。文件分配表是反映硬盘上所有簇的使用情况,通过查文件分配表可以得知任一簇的使用情况。DOS在给一个文件分

配空间时总先扫描 FAT,找到第一个可用簇,将该空间分配给文件,并将该簇的簇号填到目录的相应段内。即形成了“簇号链”。FAT就是记录文件簇号的一张表。FAT的头两个域为保留域,对 FAT12来说是 3个字节,FAT16来说是 4个字节。其中头一个字节是用来描述介质

的,其余字节为 FFH。介质格式与 BPB相同。

FAT结构含义 :一般 FAT表的第一项为 FF8H或 FFF8H。

FAT12

FAT16

意义

000H

0000H

可用

FF0H-FF6H

FFF0H-FFF6H

保留

FF7H

FFF7H

FF8H-FFFH

FFF8H-FFFFH

文件最后一个簇

×××H

××××H

文件下一个簇

对于 FAT16,簇号×2作偏移地址,从 FAT中取出一字即为 FAT中的域。

逻辑扇区号 = 数据区起始逻辑扇区号+(簇号-2)×每簇扇区数

簇号 =(逻辑扇区号-数据区起始逻辑扇区号)/ 每簇扇区数+2

要点:

  • FAT反映硬盘上所有簇的使用情况,它记录了文件在硬盘中具体位置(簇)。
  • 文件第一个簇号(在目录表中)和 FAT的该文件的簇号串起来形成文件的“簇号链”,修复被破坏的文件就是根据这条链。
  • 由簇号可算逻辑扇区号,反之,由逻辑扇区号也可以算出簇号,公式如上。
  • FAT位于 DBR之后,其 DOS扇区号从 1开始。

文件目录表(FDT)

绝对扇区号为:FDT_LBA = FAT_LBA + BPB_bNumFATs * BPB_wSecPerFAT处是文件目录表,DOS 文件组织结构的又一重要组成部分。文件目录分为两类:根目录,子目录。根目录有一个,子目录可以有多个。子目录下还可以有子目录,从而形成“树状”的文件目录结构。

子目录其实是一种特殊的文件,DOS 为目录项分配 32 字节。

目录项定义如下:

typedef struct

{

charFileName[8];//ofs:0.文件名

charExtName[3];//ofs:8.扩展名

uchar attribute;//ofs:11.文件属性。典型值:存档(0x20)、卷标(0x08)。

charreserved[10]; //ofs:21.保留

uinttime;//ofs:22.时间

uintdata;//ofs:24.日期

uintStartClus;//ofs:26.开始簇号

ulong FileLength;//ofs:28.文件长度

}DIR_tag;

1)目录项文件名区域中第一个字节还有特殊的意义:

  • 00H代表未使用。
  • 05H代表实际名为 E5H。
  • E5H代表此文件已被删除。

2)目录项属性区域的这个字节各个位的意义如下:

76543210

未修修子卷系隐只

用改改目标统藏读

标标录属属属

志志性性性

3)WINDOWS 的长文件名使用了上表中所说的“保留”这片区域。

4)时间:time = Hr * 2048 + Min * 32 + Sec + 2。

5)日期:time = (Yr-1980) * 512 + Mon * 32 + Day。

6)簇号与逻辑扇区号的关系为:

逻辑扇区号 =(簇号- 2)×每簇扇区数 +数据区起始逻辑扇区号。

7)要点:

  • 文件目录是记录所有文件,子目录名,扩展名属性,建立或删除最后修改日期。文件开始簇号及文件长度的一张登记表.
  • DOS 中 DIR 列出的内容是根据文件目录表得到的。
  • 文件起始簇号填在文件目录中,其余簇都填在 FAT 中上一簇的位置上。

数据区(DATA)

数据区绝对扇区号=根目录绝对扇区号+(32×根目录中目录项数)/ 每扇区字节数

表达式:DATA_LBA = FDT_LBA +( 32 * BPB_wRootEntry )/ BPB_wBytesPerSec。

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