Структура логического диска

Структура логического диска

Содержание

Введение 
Логический диск FAT12/FAT16 
Логический диск FAT32 
Дополнительные сведения

Введение

Логический диск с системой FAT состоит из системной области и области файлов. Каждая часть логического диска занимает целое число логических секторов. 
 
Секторы области файлов объединены в кластеры, размер кластера 1, 2, 4, 8, 16, 32 или 64 сектора по 512 байт. Номер первого кластера равен 2, так как первые две ячейки FAT зарезервированы (содержат байт-описатель). 
 
Начало страницы

Логический диск FAT12/FAT16

На рис. 1 приведена структура логического диска для файловых систем FAT12 и FAT16: 
 
(Рис. 1) 
 
Сектор 0, называемый также начальным загрузчиком, содержит таблицу параметров диска и начальный загрузчик операционной системы. Первые 3 байта сектора 0 содержат команду перехода JMP на начало загрузчика: либо байт 0E9h и 1 байт короткого смещения, за которым следует команда NOP (код 90h), либо байт 0EBh и два байта длинного смещения. Длинное смещение используется, если загрузчик располагается в зарезервированных секторах. 
 
Далее расположено поле из 8 бит, в которое при форматировании заносится идентификатор версии ОС. Это текстовая строка, имеющая значение MSWIN4.1 для ОС Windows. 
 
Далее располагается таблица BPB (BIOS parameter block), описывающая физические характеристики диска и позволяющая вычислить правильный физический адрес на диске по данному номеру логического сектора. За таблицей располагаются дополнительные данные. 
 
За сектором 0 могут быть расположены дополнительные зарезервированные (для загрузчика) секторы. Общее число зарезервированных секторов, включая сектор 0, указывается в BPB. 
 
За зарезервированными секторами (или непосредственно за сектором 0) располагается таблица размещения файлов (на рисунке FAT-1), после которой могут располагаться дополнительные копии FAT. Обычно используется 2 копии. Число копий указано в BPB. 
 
В конце системной области расположен корневой каталог, который имеет фиксированный размер. Размер корневого каталога в каталожных записях также указан в таблице BPB. 
 
Таблица BPB для FAT12, FAT16 содержит следующие характеристики диска:

Смещение  Назначение                        Размер, байт  Для дискета 1.44

00Bh      Размер сектора                               2               512

00Dh      Размер кластера                              1                 1

00Eh      Число секторов  загрузчика                    2                 1

010h      Число FAT                                    1                 2

011h      Число записей  корневого каталога             2               224

013h      Число секторов  на диске                      2              2880

015h      Байт-описатель  носителя                      1          F0 (hex)

016h      Размер FAT в секторах                        2                 9

018h      Число секторов  на дорожке                    2                18

01Ah      Число головок  чтения/записи                  2                 2

01Ch      Число скрытых  секторов                       4                 0

020h      Число секторов  на диске (если диск > 32 Мб)  4             (нет)

 
За таблицей BPB расположена дополнительная информация для операционной системы:

Смещение  Назначение                        Размер, байт  Для дискета 1.44

024h      Физический номер  диска (номер дисковода)     2                 0

026h      Признак расширенного  загрузчика              1          29 (hex)

027h      Серийный номер  тома                          4

02Bh      Метка тома                                  11

036h      Описатель FAT                                8             FAT12

 
Физический номер диска для жестких дисков начинается с 80h. 
 
Серийный номер тома - это шестнадцатиричное псеводослучайное число, предназначенное для того, чтобы ОС могла проверять смену пользователем дискета, когда он еще используется, но на самом деле такой проверки не делается. 
 
Метка тома - это строка, предназначенная для идентификации тома пользователем. 
 
Описатель FAT нельзя рассматривать как идентификатор файловой системы. 
 
Далее с адреса 03Eh расположен начальный загрузчик. 
 
Последние два байта сектора 0 содержат признак загрузочной записи - байт 55h по адресу 1FEh и байт AAh по адресу 1FFh (его можно рассматривать как слово AA55h по адресу 1FEh). 
 
Ниже приведен дамп загрузочного сектора дискета (код загрузчика вырезан). 
 
 
 
Начало страницы

Логический диск FAT32

Система FAT32 предназначена для дисков большого объема (более 2 Гбайт). В системе FAT16 диск большого объема имеет кластеры максимального размера, что приводит к потере до 30-50% дискового пространства в остатках кластеров. В FAT32 размер кластера может быть небольшим (4 Кбайт для диска 16 Гбайт), но число кластеров при этом значительно возрастает. Так как таблица FAT имеет слишком большой размер (16 Мбайт для диска 16 Гбайт), в FAT32 используются дополнительные структуры для ускорения работы. 
 
На рис. 2 приведена структура логического диска для файловой системы FAT32: 
 

(Рис. 2) 
 
Как видно из рисунка, FAT32 имеет расширенный загрузчик. Кроме того, сектор 1 содержит структуру FSInfo, предназначенную для управления FAT. Загрузочный сектор, структура FSInfo и загрузчик дублируются в зарезервированных секторах (выделено зеленым цветом). 
 
Корневой каталог не имеет фиксированного положения и размера, как в FAT16. Вместо этого он является файлом специального вида, как и все другие каталоги. На практике корневой каталог обычно начинается с первого кластера области файлов (кластер 2). 
 
Несмотря на то, что FAT32 использует ячейки размером 32 бита, старшие 4 бита не используются и всегда равны нулю. 
 
Первые две ячейки таблицы FAT в системе FAT32 используются следующим образом:

ячейка 0 содержит байт-описатель носителя, дополненный слева двоичными единицами;

ячейка 1 содержит код признака конца цепочки кластеров файла (обычно 0FFFFFFFh).

 
Бит 27 ячейки 1 является признаком завершения работы с диском: 1 - работа завершена нормальным образом, 0 - нет. Бит 26 ячейки 1 является аналогичным признаком нормального завершения операции ввода-вывода. 
 
Таблица BPB для FAT32 содержит следующие характеристики диска:

Смещение  Назначение                          Размер, байт

00Bh      Размер сектора                      2

00Dh      Размер кластера                     1

00Eh      Число секторов  загрузчика           2

010h      Число FAT                           1

011h      Число записей  корневого каталога    0 (не  используется)

013h      Число секторов  на диске             2 (если секторов меньше 65536)

015h      Байт-описатель  носителя             1

016h      Размер FAT в секторах               0 (не используется)

018h      Число секторов  на дорожке           2

01Ah      Число головок  чтения/записи         2

01Ch      Число скрытых  секторов              4

020h      Число секторов  на диске             4 (если секторов больше 65535)

 
За таблицей BPB расположена дополнительная информация для операционной системы:

Смещение  Назначение                          Размер, байт

024h      Размер FAT в секторах               4

028h      Номер активной FAT                  2

02Ah      Номер версии FAT                    2

02Ch      Первый кластер  корневого каталога   4

030h      Номер сектора  структуры FSInfo      2  (обычно 1)

032h      Номер первого  сектора копии         2  (обычно 6)

034h      Зарезервировано                     12

041h      Физический номер  диска              1

042h      Зарезервировано                     1

043h      Серийный номер  тома                 4

047h      Метка тома                          11

052h      Описатель FAT                       8

 
Как и в случае FAT16, последние два байта сектора 0 содержат признак загрузочной записи AA55h. 
 
Структура FSInfo предназначена для ускорения выполнения операций с FAT. В ней содержится количество свободных секторов и номер первого свободного кластера. Формат структуры приведен в следующей таблице:

Смещение  Назначение                          Размер, байт

000h      Признак структуры 41615252h         4

004h      Резерв                              480

1E4h      Признак структуры 61417272h         4

1E8h      Текущее число  свободных кластеров   4

1ECh      Номер первого  свободного кластера   4

1F0h      Резерв                              12

1FCh      Признак структуры AA550000h         4

 
Если текущее число свободных кластеров содержит FFFFFFFFh, это означает, что оно неизвестно и его следует вычислять. Если такое же число находится в поле первого свободного кластера, это означает, что искать свободный кластер необходимо с кластера 2. Другое значение номера первого свободного кластера указывает не на первый свободный кластер, а на кластер, с которого нужно начинать поиск свободных кластеров. 
 
Начало страницы

Дополнительные сведения

Значения байта-описателя носителя:

0F0h - дискет 3.5" (2 стороны, 18 секторов - 1.44 Мб)

0F8h - жесткий диск

0F9h - дискет 5.25" (2 стороны, 15 секторов)

0FCh - дискет 5.25" (2 стороны, 15 секторов) или 3.5" (2 стороны, 9 секторов)

0FDh - дискет 5.25" (1 сторона, 9 секторов) или 8" (1 сторона, 1x плотность)

0FEh - дискет 5.25" (1 сторона, 8 секторов) или 8" (1/2 стороны, 1x/2x плотность)

0FFh - дискет 5.25" (2 стороны, 8 секторов) или 8" (2 стороны, 2x плотность)