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FAT32文件系统学习(1) —— BPB的理解

时间:2014-08-07 00:32:27      阅读:284      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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FAT 32 文件系统学习

 

1、本文的目标

       本文将通过实际读取一个FAT32格式的U盘来简单了解和学习FAT32文件系统的格式。虽然目前windwos操作系统的主流文件系统格式是NTFS,但是FAT32由于其兼容性原因,还是有一定的学习价值。为了能做出一个窗体程序提供直观的感觉,本文的代码采用c#编写,对应的c++代码也会附上。

2、本文目录

1、本文的目标

2、什么是FAT32

3、引导区

2、什么是FAT32

      FAT32是Windwos系统硬盘格式分区的一种。这种格式采用32位的文件分配表,使其对磁盘的管理能力大大增强,突破了FAT16对配一个分区的容量只有2GB的限制。虽然目前已被更优异的NTFS分区格式所取代[1]。其实说白了就是FAT表的每一项长度都是32位,所以叫做FAT32。至于每一项存放的内容是什么,下面的内容会慢慢进行分析。

  • FAT32的构成

       FAT32 文件系统将逻辑盘的空间划分为三部分,依次是引导区 (BOOT区)文件分配表区(FAT区)数据区(DATA区)[2]。引导区和文件分配表区又合称为系统区。本文将简单学习引导区的内容,文件分配表区和数据区将在下一篇文章中学习。

 3、引导区

       引导区从第一扇区开始,保存了每个扇区的字节数,一个簇的扇区数,FAT表的起始位置,FAT表的个数以及FAT表的扇区数等信息。之后还留有若干保留扇区。首先我们先看一下如何从一个U盘当中读取引导区(这里只读取第一个扇区,接下来的读取方法相同)。为了直接读取磁盘的逻辑扇区,我们需要用到windows api当中的几个函数,分别是CreateFile(这里用来创建磁盘的句柄),ReadFile(这里用于读取磁盘扇区)。首先来看一下这两个函数的定义:

1 HANDLE WINAPI CreateFile(
2   _In_      LPCTSTR lpFileName,                          // 要打开的文件的名或设备名。
3   _In_      DWORD dwDesiredAccess,                       // 指定类型的访问对象。
4   _In_      DWORD dwShareMode,                           // 文件共享模式
5   _In_opt_  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,  // 定义了文件的安全特性
6   _In_      DWORD dwCreationDisposition, 
7   _In_      DWORD dwFlagsAndAttributes, 
8   _In_opt_  HANDLE hTemplateFile                         // 返回句柄
9 );

       这个函数在msnd上可以查到,这里需要说明一下的是,dwShareMode需要指定为FILE_SHARE_WRITE才能读取扇区的数据(这里是为什么我也不太清楚为什么,希望高人指教)。dwCreationDisposition需要制定为OPEN_EXISTING ,表示文件必须已经存在,由设备提出要求。函数如执行成功,则返回文件句柄。否则返回的句柄 = INVALID_HANDLE_VALUE表示出错,会设置GetLastError。具体失败原因可以查询ErrorCode。

       第二个函数是ReadFile,其定义如下:

1 BOOL ReadFile(
2     HANDLE hFile,               //文件的句柄
3     LPVOIDl pBuffer,            //用于保存读入数据的一个缓冲区
4     DWORD nNumberOfBytesToRead, //要读入的字节数
5     LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//指向实际读取字节数的指针
6     LPOVERLAPPED lpOverlapped
7     //如文件打开时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED,那么必须,用这个参  数引用一个特殊的结构。
8     //该结构定义了一次异步读取操作。否则,应将这个参数设为NULL
9 );

       该函数用于读取文件,这里指的是读取U盘扇区。其中lpOverlapped设为NULL即可。需要特别注意的是,由于磁盘是以扇区为单位进行读写的,所以这里读取的字节数必须是512的倍数!其他参数注释写的很明白,这里就不再解释了。配合SetFilePointer函数可以读取指定起始位置上指定字节的数据。

       首先先来看一下用c++是如何读取引导扇区的数据的。

 1     // 笔者的U盘盘符为G
 2     WCHAR szDiscFile[] = _T("\\\\.\\G:"); 
 3     // 打开设备句柄
 4     HANDLE hDisc = CreateFile(szDiscFile, GENERIC_READ,  FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
 5     if (hDisc == INVALID_HANDLE_VALUE)
 6     {
 7         // 打开设备失败
 8         return 0;
 9     }
10     // 从第一个扇区起始位置开始读取
11     SetFilePointer(hDisc, 0, 0, FILE_BEGIN);
12     // 需要读取字节数
13     DWORD dwNumber2Read = 512;
14     // 实际读取的字节数
15     DWORD dwRealNumber;
16     // 分配缓冲区
17     char* buffer = new char[512];
18     bool bRet = ReadFile(hDisc, buffer, dwNumber2Read, &dwRealNumber, NULL);
19 
20     // 扫尾工作,释放缓冲区,关闭句柄
21     delete[] buffer;
22     CloseHandle(hDisc);

        如果我们在21行处下各断点的话可以看到buffer在内存中的数据,这里为了方便,笔者直接把这512个字节的数据保存到了文件中,用二进制文件读取软件打开来看了下,部分数据如下图所示:

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  • BPB参数

       好了,接下来重点来了。首先,最开始的3各字节的数据分别是跳转指令空指令,因为在汇编当中0xEB是跳转指令,0x58是跳转的地址,而0x90则是空指令。至于为什么要在这里放上一句跳转指令呢,这个还得从启动区开始讲起,为了节约篇幅,我就简单介绍一下:一般第一个扇区叫做启动区,cpu把扇区当中的数据当作指令来执行,当读取到EB 58 这个指令时,遍跳转到0x58这个地址并继续读取指令来执行,而0x58地址之后的内容通常都是载入操作系统的指令。如果希望知道详细内容的读者不妨去看一下《30天自制操作系统》这本书,第一天结尾部分有很详细的说明。总之这边的话FAT32规定这个3各字节的内容必须是EB 58 90,只要记住就行了(笑)。

       而从0x03~0x0A这9个字节的数据表示OEM,这里即为“MSDOS5.0”。

       我们把从0x000B开始的79个字节的数据叫做BPB(BIOS Paramter Block),关于BPB的详细说明请参见下表[5]

BPB参数信息
偏移量 字节数 含义
0x00B 2 每扇区字数 0x0200
0x00D 1 每簇扇区数 0x08
0x00E 2 保留扇区数 0x03F8
0x010 1  FAT个数  0x02
0x011 2 根目录项数,FAT32以突破该限制,无效  0x0000 
0x013 2 扇区总数,小于32M使用  0x0000 
0x015 1 存储介质描述负  0x0F8 
0x016 2 每FAT表占用扇区数 ,小于32M使用 0x0000 
0x018 2 逻辑每磁道扇区数  0x003F 
0x01A 2 逻辑磁头数   0x00FF
0x01C 4 系统隐含扇区数   0x00000080
0x020 4 扇区总数,大于32M使用   0x00784F80
0x024 4 每FAT表扇区数,大于32M使用  0x00001E04 
0x028 2 标记  0x0000
0x02A 2 版本 (通常为零) 0x0000
0x02C 4 根目录起始簇  0x00000002 
0x030 2 Boot占用扇区数  0x0001 
0x032 2 备份引导扇区位置  0x0006
0x034 14 保留 14个字节的0x00 
0x042 1 扩展引导标记  0x29 
0x043 4 序列号  0x6A9C4125 
0x047 10 卷标 转成字符即“NO NAME”
0x052 8 文件系统  转成字符即“FAT32” 

 

        为了用窗体程序直观的显示各个参数,接下来把上面的程序改写为c#。众所周知,c#调用系统函数大多都需要靠间接调用c的动态库来实现,这里的CreateFile和ReadFile也不例外。下面我们先编写一个FileReader类来提供这些系统api调用。部分代码如下,完整的FileReader点我下载

class FileReader
{
  [System.Runtime.InteropServices.DllImport("kernel32", SetLastError = true, ThrowOnUnmappableChar = true, CharSet = System.Runtime.InteropServices.CharSet.Unicode)]
    static extern unsafe System.IntPtr CreateFile
    (
        string FileName,          // file name
        uint DesiredAccess,       // access mode
        uint ShareMode,           // share mode
        uint SecurityAttributes,  // Security Attributes
        uint CreationDisposition, // how to create
        uint FlagsAndAttributes,  // file attributes
        int hTemplateFile         // handle to template file
    );
  public bool Open(string FileName) { // open the existing file for reading handle = CreateFile ( FileName, GENERIC_READ, FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, 0, 0 ); if (handle != System.IntPtr.Zero) { return true; } else { return false; } }

        由于本文的重点不是学习c#窗体编程,所以略过这部分,直接通过调用FileReader提供的系统API并编写窗体程序,效果如下图所示(本程序参考[3]),需要完整工程的读者可以点我下载,请我VS2012及以上打开。

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       好了,今天这篇文章就先写到这边。由于本人才疏学浅,对于FAT32也是刚开始学习,如果有错误的地方欢迎批评指正。同时这也是我第一次发随笔,如果排版等方面有不妥的地方也欢迎提出。接下来会继续学习接下去的FAT表区和数据区并继续更新接下来的学习心得。

 

参考文献:

1、http://baike.baidu.com/view/45233.htm?fr=aladdin

2、FAT32文件格式 http://blog.csdn.net/shrekmu/article/details/5950414

3、读写U盘(FAT32)引导扇区 http://blog.csdn.net/zhanglei8893/article/details/5912903

4、F?A?T?3?2?文?件?系?统?格?式?详?解 http://wenku.baidu.com/link?url=zrGv8nld-bc-7KT_TKbo2vWplaiIHhmJ9_ydRZBZdZ4zy8odQFwS6komz2gz1AHX36T_EN1CKZ_16d19upW9pDauno6zEmpw10wlTSTwcoi

5、基?于?U?盘?F?A?T?3?2?文?件?系?统?的?分?析 http://wenku.baidu.com/link?url=cIKgrwV66y4CoyuOEB1-OhjRY9tnXtIAoZuYEwDCjxbyRomSIiJgBAXGxq6LudfwuopUpYhiVd8TjxrBFoVyPs0NX3OqbnoWjyn4ZAx60Wi

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原文地址:http://www.cnblogs.com/fantacity/p/3895771.html

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