USB优盘的文件系统
2016-06-26 11:07
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USB优盘的文件系统（FOR C）
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。
char bOEMName[8]; //ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”。
uint BPB_wBytesPerSec; //ofs:11.每扇区字节数。
uchar BPB_bSecPerClus; //ofs:13.每簇扇区数。
uint BPB_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。
uint BPB_wRootEntry; //ofs:17.根目录项数。
uint BPB_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。
uint BPB_wSecPerFAT; //ofs:22.每个FAT 占的扇区数。
uint BPB_wSecPerTrk; //ofs:24.每道扇区数。
uint BPB_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。
char bVolLab[11]; //ofs:43.“Msdos ”。
char FileSysType[8]; //ofs:54.“FAT16 ”。
uchar ExecutableCode[448]; //ofs:62.引导代码。
uint EndingFlag; //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：
1) DBR 位于柱面0，磁头1，扇区1，其逻辑扇区号为0
2) DBR 包含DOS 引导程序和BPB。
3) 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 坏
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：
1) 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）。
2) 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。
3) 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。
4) 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{
char FileName[8]; //ofs:0.文件名
char ExtName[3]; //ofs:8.扩展名
uchar attribute; //ofs:11.文件属性。典型值：存档(0x20)、卷标(0x08)。
char reserved[10]; //ofs:21.保留
uint time; //ofs:22.时间
uint data; //ofs:24.日期
uint StartClus; //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：
７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０
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。
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。
char bOEMName[8]; //ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”。
uint BPB_wBytesPerSec; //ofs:11.每扇区字节数。
uchar BPB_bSecPerClus; //ofs:13.每簇扇区数。
uint BPB_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。
uint BPB_wRootEntry; //ofs:17.根目录项数。
uint BPB_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。
uint BPB_wSecPerFAT; //ofs:22.每个FAT 占的扇区数。
uint BPB_wSecPerTrk; //ofs:24.每道扇区数。
uint BPB_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。
char bVolLab[11]; //ofs:43.“Msdos ”。
char FileSysType[8]; //ofs:54.“FAT16 ”。
uchar ExecutableCode[448]; //ofs:62.引导代码。
uint EndingFlag; //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：
1) DBR 位于柱面0，磁头1，扇区1，其逻辑扇区号为0
2) DBR 包含DOS 引导程序和BPB。
3) 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 坏
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：
1) 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）。
2) 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。
3) 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。
4) 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{
char FileName[8]; //ofs:0.文件名
char ExtName[3]; //ofs:8.扩展名
uchar attribute; //ofs:11.文件属性。典型值：存档(0x20)、卷标(0x08)。
char reserved[10]; //ofs:21.保留
uint time; //ofs:22.时间
uint data; //ofs:24.日期
uint StartClus; //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：
７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０
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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