FAT32文件系统格式详解(图文针对具体文件存储,分析fat32 SD卡)

时间:2024-04-03 22:08:19

一. 用winhex工具分析SD卡(FAT32)

WinHex.exe  ->  工具  -> 打开磁盘 -> 选中SD卡设备

FAT32文件系统格式详解(图文针对具体文件存储,分析fat32 SD卡)

                                                   图(1)

打开后主界面如下:

FAT32文件系统格式详解(图文针对具体文件存储,分析fat32 SD卡)

                                                                                          图(2)

二. FAT32磁盘格式分析

当磁盘有多个分区时:

fat32磁盘是由 MBR + 分区1(保留区 + 文件分配表 + 数据区)+ 分区2 + ......

其实,当我们在电脑上面,看到的U盘/SD卡设备,就是如上图红色选择部分,是不包括MBR部分的

 

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                                                                                      图(3)

0x00000000 - 0x0013B000     保留区(DBR + FSINFO + ...)

0x0013B000 - 0x0089D800      FAT1

0x0089D800 - 0x01000000      FAT2

0x01000000 -                          数据区

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                                                                                       图(4)

三. 分析二进制数据(DBR FSINFO FAT1 FAT2 数据)

(1)启动扇区(DBR)

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                                                                                         图(5)

0xEB 0x58 0x90:                                               跳转指令

0x54 0x48 0x52 0x45 0x45 0x53 0x20 0x20:   文件系统标志和版本号 MSDOS5.0

0x00 0x20:                                                     0x200 (512)每个扇区512字节

0x08:                                                              最小单元(簇)为0x08(8)扇区,8*512=4K

0xD8 0x09:                                                     0x9D8(2520) 保留扇区2520个  2520*512=1.2M

 

0x02 :        2个FAT表(FAT1 FAT2)

0xF8 :         存储介质类型,F8标准值

 

0x46 0xCC 0xEC 0x00:文件系统总的扇区数:15518790    15518790*512=7.39G

0x14 0x3B 0x00 0x00:每个fat表占用的扇区总数:15124    15124*512 =  7.4M

0x02 0x00 0x00 0x00:  根目录所在第一个簇的簇号,通常情况下,根目录簇号为2

 

0x46 0x41 0x54 0x33 0x32 0x20 0x20 0x20:文件系统格式 FAT32

 

(2)信息扇区(FSINFO)

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                                                                                图(6)

0x52 0x52 0x61 0x41: 扩展引导标志

0x72 0x72 0x41 0x61: FSINFO签名

0x84 0x89 0x1D 0x00: 剩余所有的簇总数  0x1D8984 * 4k = 7928823808 byte = 7.38G

0x06 0x00:                     下一个可用簇:6

0x55 0xAA:                  结束标记字符

 

(3)文件分配表(FAT1)

 

在分析FAT表之前,我们先理解一下FAT32文件系统的一些基本信息:

 

扇区: 512 字节

 

: 文件系统的最小单元, 多个连续的扇区组成, 本SD卡为 4K(8个扇区,必须为2的整数次幂), 最大支持32K(64个扇区), 当我们保存一个1K的文件时,实际上,在文件系统中,是占用的是4K的空间大小,因为最小的存储单元是4K, 当我们保存一个10K的文件时,那么它需要占用三个簇,实际占用空间大小为12K。

 

FAT : File Allocation Table, 文件分配表, 当我们存储10K的文件时,需要使用三个簇,但是一定连续的三个簇吗? 并非一定是连续的,那么如何知道是使用了哪三个族呢,就需要我们文件分配表来记录了,第一个簇的地址,下一个簇是哪个,哪个是最后的结束簇。

 

FAT 是一组与数据簇号对应的列表, 所有簇从2开始进行编号,每个簇都有一个自己的地址编号,根目录默认簇号是为2

 

FAT32中每个簇的簇地址是有32bit(4个字节),FAT表中的所有字节位置以4字节为单位进行划分,并对所有划分后的位置由0进行地址编号。0号地址与1号地址被系统保留并存储特殊标志内容。从2号地址开始,每个地址对应于数据区的簇号,FAT表中的地址编号与数据区中的簇号相同。我们称FAT表中的这些地址为FAT表项,FAT表项中记录的值称为FAT表项值。(没理解的请反复多读几遍,至关重要)

 

当文件系统被创建,也就是进行格式化操作时,分配给FAT区域的空间将会被清空,在FAT1与FAT2的0号表项与1号表项写入特定值。由于创建文件系统的同时也会创建根目录,也就是为根目录分配了一个簇空间,通常为2号簇,与之对应的2号FAT表项记录为2号簇,被写入一个结束标记。

 

几点说明:

(1) 由于簇号起始于2号,所以FAT表项的0号表项与1号表项不与任何簇对应。FAT32的0号表项值总是“F8FFFF0F”。

(2)1号表项可能被用于记录脏标志,以说明文件系统没有被正常卸载或者磁盘表面存在错误。不过这个值并不重要。正常情况下1号表项的值为“FFFFFFFF”或“FFFFFF0F”。

(3)如果某个簇未被分配使用,它对应的FAT表项内容为0;

(4)当某个簇已被分配使用,则它对应的FAT表项内的FAT表项值也就是该文件的下一个存储位置的簇号。如果该文件结束于该簇,则在它的FAT表项中记录的是一个文件结束标记,对于FAT32而言,代表文件结束的FAT表项值为0x0FFFFFFF

(5)如果某个簇存在坏扇区,则整个簇会用0xFFFFFF7标记为坏簇,这个坏簇标记就记录在它所对应的FAT表项中。

(6)在文件系统中新建文件时,如果新建的文件只占用一个簇,为其分配的簇对应的FAT表项将会写入结束标记。如果新建的文件不只占用一个簇,则在其所占用的每个簇对应的FAT表项中写入为其分配的下一簇的簇号,在最后一个簇对应的FAT表象中写入结束标记。

(7)新建目录时,只为其分配一个簇的空间,对应的FAT表项中写入结束标记。当目录增大超出一个簇的大小时,将会在空闲空间中继续为其分配一个簇,并在FAT表中为其建立FAT表链以描述它所占用的簇情况。

 

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                                                                                      图(7)

【0号表项】:0x0FFFFFF8;  FAT表起始固定标识

【1号表项】:0xFFFFFFFF;  默认值

【2号表项】:0x0FFFFFFF;  根目录 Root directory 所在簇,开始扇区32768

【3号表项】:0x0FFFFFFF;  目录 System Volume Information 所在簇,开始扇区32776 (32768+8)

【4号表项】:0x0FFFFFFF;  文件 WPSettings.dat 所在簇,开始扇区32784 (32776+8)

【5号表项】:0x0FFFFFFF;  文件 IndexerVolumeGuid 所在簇,开始扇区32792 (32784+8)

 

    由于我们是把SD卡格式化后分析,所以fat32除了根目录外,无其他我们存储文件,我们拷贝一个build.log文件再分析。build.log的大小为10k, 需要占用三个簇。

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                                                                       图(8)

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                                                                                    图(9)

【6号表项】:0x07  表项值为7,即指向下一个表项, 2号簇为根目录,对应的开始扇区为32768, 6号簇。开始的扇区为 32768 + 8 * (6-2)= 32800, 即为build.log的开始扇区。

【7号表项】:0x08  表项值为8,即指向下一个表项。

【8号表项】: 0x0FFFFFFF, 结束簇, 从6号簇build.log开始,到8号簇,文件结束。  

 

    到此,build.log的文件如何存储的,我们弄明白了,整个build.log保存在 6号簇-8号簇, 三个族存储了build.log内的数据,但是build.log的文件名/文件属性/最后修改时间/最后保存时间 这些信息保存在哪里呢?

 

    由于build.log是存放在根目录下的,那我们来看下根目录的二进制数据:

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                                                                                     图(10)

在查看根目录的二进制数据之前,我们还是先普及下基本信息:

(1)目录所在的扇区,都是以32 Bytes划分为一个单位,每个单位称为一个目录项。

(2)根据文件名及后缀,我们可以分为短目录文件,长目录文件,简单点理解,如果文件名>8 byte 或者后缀名>3, 则为长文件目录,否则为短文件目录

 

我们查看build.log(短文件目录)

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                                                                             图(11)

 

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                                                                         图(12)

文件名: build

后缀名: log  

属性:     0x20 (0010 0000) 读写 归档

簇号:     0x06开始簇号

大小:     0x2800  10K

至此,build.log的 文件名称以及相关的属性信息,以及build.log文件的内容存储,都已经明白。

 

如果是长文件目录

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                                                   图(13)

不再对具体的长文件目录进行分析。

 

(4)文件分配表(FAT2)

FAT2与FAT1完全相同

 

(5)数据区

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参考资料:

https://blog.csdn.net/mjx91282041/article/details/8904705/

https://blog.csdn.net/u010650845/article/details/60780979

https://blog.csdn.net/eternally123/article/details/79836210