參考文件
FAT32文件系統有幾個基本的幾個概念:
先拿一個真實的4G SD卡分析數據：
使用winhex物理方式查看，截一部分圖:
全稱Master Boot Record，即主引導記錄。
主引導記錄分為兩個部分，一個部分是前446位元組，另外一個部分是後64位元組。
前446個位元組，一般取值為0，不過有的時候也會有其他的設置值。
這部分也叫DPT，全稱Disk Partition Table，即磁碟分區表。
磁碟分區表有4個區，每個區有16位元組，總體是64位元組。因此，MBR位元組數為512位元組，剛好是一個扇區的數量。
DPT的4個部分，每一個部分的16位元組含義如下表:
00 82 03 00 0B E6 DC CA 00 20 00 00 00 E0 ED 00(16進制)
這里，就貼出來上面截圖的數據內容。(我們使用的是小位元組序)
0x00 ：
通常的取值。
0x82 ：
開始磁頭。
0x03 0x00 ：
實際為0x0003，按照2進制編碼為0000 0000 0000 0011。
那麼開始扇區為:0。
開始柱面為:3。
0x0B ：
分區類型，為Win95 FAT32類型。
0xE6 ：
結束磁頭為230。
0xDC 0xCA：
實際為0xCADC，按照2進制編碼為1101 1100 1100 1010。
那麼結束扇區為:55。
結束柱面為:220。
0x00 0x20 0x00 0x00 ：
實際為：0x00002000，也就是8192，為分區的開始扇區地址。那麼我們後面就可以從這里去找DBR。
0x00 0xE0 0xED 0x00 :
實際為:0x00EDE000，也就是15589376，為分區的總扇區數。
從這里其實可以算出SD卡的容量。
也就是：
分區大小：15589376x512 = 7981760512。這個值大約是7.612G。
從物理0地址到起始地址:8192*512 = 4194304
那麼總容量為:7981760512+4194304 = 7985954816。
該部分包括一個叫BPB的內容。
先截出DBR部分的實際SD卡上的內容：
在WinHex下使用邏輯磁碟打開FAT32文件系統的存儲介質來看，偏移位置與表示的含義有如下表所示:
25位元組的分區塊(BPB):
擴展分區BPB:
按照定義，將實際的圖 MBR.png分析如下：
從偏移為0x0BH地址開始：
00 02 10 96 04 02 00 00 00 00 F8 00 00 3F 00 FF 00 00 20 00 00 00 E0 ED 00 B5 1D 00 00
00 02 :
即0x0200，表示扇區位元組數，也就是512位元組。
10:
即0x10，每簇扇區數為16。也就是16 512=8 1024=8K。
96 04：
即0x0496，保留扇區數為1174。
02：
即0x02，FAT表份數為2。
00 00：
即0x0000，為保留。
00 00：
即0x0000，為保留。
F8：
即為本地硬碟。
00 00：
即0x0000，為保留。
3F 00：
即0x003F，即每磁軌扇區數為63。
FF 00：
即0x00FF，即磁頭數為255。
00 20 00 00：
即0x00002000，即隱藏扇區數為8192。
00 E0 ED 00：
即0x00EDE000，即磁碟總扇區數為15589376。
B5 1D 00 00 ：
即0x001DB5，即FAT表佔用扇區數為7605。
好了，根據這些內容，可以計算出兩個參數：
FAT1的開始扇區 = 分區開始扇區+ 保留扇區=8192+1174 = 9366。
FAT2的開始扇區 = FAT1的開始扇區+FAT表佔用的大小 = 9366 + 7605 = 16971。
首目錄簇 = FAT1的開始扇區+FAT的表份數 x FAT表佔用的大小=9366+2*7605 = 24576。
繼續追蹤，找到首目錄簇中的已經新建的文件。
現在，先解析粘貼出來的每個部分的內容的含義。
具體內容下面的FAT中會說。
a.txt部分的解析：
41 20 20 20 20 20 20 20 54 58 54 20 18 8B 2A 90
96 4A A1 4A 00 00 0F 8C A1 4A 03 00 10 00 00 00
41 20 20 20 20 20 20 20：
表示文件名:「A TXT」
20 ：
表示的是文件的屬性。歸檔。
18：
為系統保留。
8B：
創建時間的10ms位。也就是1390ms。
2A 90：
也就是0x902A，換成2進制為1001 0000 0010 1010 。表示的是創建時間。
細分如下:
則時間值為:
時:0x12 = 18，
分:0x1 = 1，
秒:0xAx 2s + 1390ms= 10x 2s + (1390ms) = 21s，
所以創建時間為18:01:21。
96 4A：
也就是0x4A96，換成2進制為0100 1010 1001 0110，表示的是創建日期。
細分如下:
則日期值為:
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x4 = 4，
日:0x16= 22，
所以，創建日期為2017年4月22日。
A1 4A：
也就是0x4AA1，換成2進制為0100 1010 1010 0001，表示的是最後訪問日期。
則日期為：
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x5 = 5，
日:0x1= 1，
所以，最後訪問日期為2017年5月1日。
00 00：
起始簇高16位。
0F 8C：
也就是0x8C0F，換成2進制為1000 1100 0000 1111，表示的是最近修改時間。
時:0x11 = 17，
分:0x20 = 32，
秒:0xf x 2 = 30s，
所以最近修改時間為17:32:30。
A1 4A：
也就是0x4AA1，換成2進制為0100 1010 1010 0001，表示的是最近修改日期。
則日期為：
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x5 = 5，
日:0x1= 1，
所以，最近修改日期為2017年5月1日。
03 00：
即0x0003，表示起始簇低16位，也就是說，起始簇高位與起始簇低位相或，得到0x00000003，起始簇為3。
10 00 00 00：
即0x00000010，表示文件數據長度，也就是16位元組。
分析完a.txt，b.txt也一樣分析即可。
從而可以得到的是，a.txt的內容位置在:(3-2)*16+24576 = 24592上。
後使用winhex進行驗證，確認是正確的。
文件分配表(FAT)，是FAT文件系統中用於磁碟數據索引和定位而引進的一種鏈式結構。在FAT文件系統中，文件的存儲依照FAT表制定的簇鏈式數據結構來進行。同時，FAT文件系統將組織數據時使用的目錄也抽象為文件，以簡化對數據的管理。
如DBR所述，偏移0EH處存儲了保留扇區的個數，而保留扇區數指的就是當前分區內DBR到FAT表之間的所有扇區的個數（包括DBR但不包括FAT表）。據此，可以定位FAT表所在的起始偏移位置了。
如DBR所述，偏移24H處存儲了保留扇區的個數，知道FAT2是緊鄰FAT1的。那麼FAT2表的位置為:FAT1的起始偏移地址+FAT1的大小。
FAT表由一系列大小相等的FAT表項組成，它有如下特性：
在FAT32文件系統中，根目錄的位置不再硬性地固定，可以存儲在分區內可定址的任意簇內，不過通常根目錄是最早建立的(格式化就生成了)目錄表。所以，我們看到的情況基本上都是根目錄首簇緊鄰FAT2，占簇區順序上的第1個簇（即2號簇）。同時，FAT32文件系統將根目錄當做普通的數據文件來看，所有沒有了目錄項數的限制，在需要的時候可以分配空簇，存儲更多的目錄項。
對於短文件名格式的目錄項：
注意:*表示此欄位在段文件目錄項中，不可取值0FH。若取值為0FH，目錄段為長文件名目錄段。
0BH欄位取值如下:
FAT32的一個重要的特點是完全支持長文件名。長文件名依然是記錄在目錄項中的。為了低版本的OS或程序能正確讀取長文件名文件，系統自動為所有長文件名文件創建了一個對應的短文件名，使對應數據既可以用長文件名定址，也可以用短文件名定址。不支持長文件名的OS或程序會忽略它認為不合法的長文件名欄位，而支持長文件名的OS或程序則會以長文件名為顯式項來記錄和編輯，並隱藏起短文件名。
長文件名的實現有賴於目錄項第12位元組屬性位元組，當此位元組的值為0FH時，支持長文件名的系統會將其當做長文件名的依據，而只支持短文件名的系統會認為是異常而忽略掉。系統將長文件名以13個字元為單位進行切割，每一組占據一個目錄項。所以可能一個文件需要多個目錄項，這時長文件名的各個目錄項按倒序排列在目錄表中，以防與其他文件名混淆。
長文件名中的字元採用unicode形式編碼，每個字元占據2位元組的空間。其目錄項定義如:
B. fat32的啟動扇區系統由哪三部分組成
簡單理解文件系統，就是文件的儲存方式。也可以理解為一個門牌系統，為儲存設備劃分門牌號，每個文件分配一個門牌，然後就能按照門牌找到文件。
今天主要介紹一下windows的三種文件系統。
FAT32
NTFS
exFAT
格式化硬碟的時候，Windows 系統會提供這三種文件系統讓你選。這時應該選哪一種呢？
1、FAT32
FAT（File Allocation Table，文件分配表）文件系統是windows操作系統所使用的一種文件系統，它的發展過程經歷了FAT12、FAT16、FAT32三個階段。FAT文件系統用「簇」作為數據單元。一個「簇」由一組連續的扇區組成，簇所含的扇區數必須是2的整數次冪。簇的最大值為64個扇區，即32KB。所有簇從2開始進行編號，每個簇都有一個自己的地址編號。用戶文件和目錄都存儲在簇中。
FAT文件系統的數據結構中有兩個重要的結構：文件分配表和目錄項：
文件分配表：文件和文件夾內容儲存在簇中，如果一個文件或文件夾需要多於一個簇的空間，則用FAT表來描述，如何找到另外的簇。FAT結構用於指出文件的下一個簇，同時也說明了簇的分配狀態。FAT12、FAT16、FAT32這三種文件系統之間的主要區別在與FAT項的大小不同。
目錄項：FAT文件系統的每一個文件和文件夾都被分配到一個目錄項，目錄項中記錄著文件名、大小、文件內容起始地址以及其他一些元數據。
FAT32 是最老的文件系統，所有操作系統都支持，兼容性最好。但是，它是為32位計算機設計的，文件不能超過 2 32 - 1 個位元組，也就是不能超過 4GB，分區不能超過 8TB。目前來看，這個文件系統有點過時了，只適合小文件，如果有大的視頻文件，就不能使用它。
特點：
FAT32文件系統用4個位元組（32位）空間來表示每個扇區配置文件的情形，所以叫FAT32。分區容量最低是512M，而上限的話不同的操作系統都不一樣，WinXP系統最大可以做到2TB的FAT32分區。
2、NTFS
NTFS 是 Windows 的默認文件系統，用來替換 FAT32。Windows 的系統盤只能使用這個系統，移動硬碟買來裝的也是它。與FAT32對比如下：
特點：
NTFS文件系統是windows NT核心和高級伺服器網路操作系統環境的文件系統。NTFS系統比FAT32的可靠性更高，可以支持更大的分區和更大的文件，此外還有不少FAT32沒有的功能，比如壓縮分區、文件索引、數據保護和恢復、加密訪問等。
3、exFAT
exFAT 可以看作是 FAT32 的64位升級版， ex 就是 extended 的縮寫（表示"擴展的 FAT32"），功能不如 NTFS，但是解決了文件和分區的大小問題，兩者最大都可以到 128PB。由於 Mac 和 Linux 電腦可以讀寫這種系統，所以移動硬碟的文件系統可以改成它。 （全稱Extended File Allocation Table File System，擴展FAT，即擴展文件分配表）是Microsoft在 Windows Embeded 5.0 以上（包括 Windows CE 5.0 、6.0、 Windows Mobile5、6、6.1）中引入的一種適合於快閃記憶體的文件系統，為了解決 FAT32 等不支持4G及其更大的文件而推出。對於快閃記憶體， NTFS文件系統不適合使用，exFAT更為適用。
特點：
exFAT文件系統是微軟在windows embeded5.0以上引入的一種適合於快閃記憶體的文件系統，主要是為了解決FAT32不支持4G或更大文件的問題而推出的。
FAT32與exFAT可用4GB文件的區別
大多數U盤在格式化時默認FAT32，最大優點就是在一個不超過8GB的分區中，FAT32的每個簇容量都固定為4KB，與前代相比可以大大地減少磁碟的浪費，提高磁碟利用率。
雖然對於最大分區容量的支持上面，FAT32的2TB最大分區容量至今仍不過時，但FAT32無法傳輸並存放超過4GB容量的光碟ISO鏡像、高清視頻、各種圖形作品文件等等，這是最致命的弊端。而exFAT格式在蘋果本或者是Windows電腦上都可以格式化，並且在兩個系統之間可以互相無障礙使用。相比之下，exFAT格式就沒有4GB文件傳輸限制了。
其實FAT32與exFAT存在著一個升級關系，這兩種文件系統都支持OS X系統與Windows系統，如果你將U盤格式化成這兩種文件系統，在不同操作系統電腦上可以暢通無阻地使用。
NTFS相比FAT會讓快閃記憶體性能降低
NTFS是相當流行的，但多見於硬碟。XP、Vista、Win7默認都會將分區格式化為NTFS系統，可以說NTFS是目前最好的磁碟文件系統。
U盤在格式化為NTFS時，實際可用容量與其他文件系統形式也有所差別，雖然使用中感受並不是很大。另外，在格式化U盤時，容量在64G甚至更大規格時，系統識別自動格式化為exFAT與NTFS格式，會便於優盤在不同操作系統電腦上無障礙使用。
但是，NTFS也有他的缺點，NTFS分區採用「日誌式」，因為要記錄磁碟的詳細讀寫操作，對U盤這種快快閃記憶體儲介質會造成較大的負擔，比如同樣存取一個文件或目錄，在NTFS上的讀寫次數就會比FAT32更多，理論上NTFS格式的U盤比較容易損壞。並且由於U盤帶寬有限，NTFS頻繁讀寫占據通道會讓磁碟性能降低。
總結
FAT32與exFAT之間最大的差別在於能否支持4GB及以上容量單個文件的傳輸、查看與編輯；而FAT系列文件系統與NTFS之間最大的區分在於文件存取的方式，後者長期使用可能會讓快閃記憶體類存儲產品性能降低.
C. 請指出下面FAT32分區中的目錄項的文件名,文件屬性和起始簇號
文件名：44 4F 43 53 即：DOCS
文件屬性：10 即：子目錄
起始簇號：00 00 D2 06
D. fat文件系統採用什麼來記錄文件的名稱
FAT文件系統採用目錄項（Directory Entries）來記錄文件的名稱。
FAT（File Allocation Table）文件系統是一種早期的、相對簡單的文件系統，廣泛應用於各種存儲設備，如快閃記憶體檔、SD卡和舊版Windows操作系統中。在FAT文件系統中，文件的組織和管理主要通過文件分配表來實現，而記錄文件名稱這一任務則交由目錄項完成。
具體來說，目錄項是存儲在磁碟上的數據結構，它們包含了關於文件和目錄的元數據，如文件名、文件大小、創建時間等。在FAT文件系統中，每個文件或目錄都對應一個或多個目錄項。這些目錄項被組織在特定的目錄結構中，通常是一個線性的列表或是一個層級化的樹狀結構。當用戶創建一個新文件時，系統會在目錄區域分配一個新的目錄項，並將文件的名稱和其他相關信息寫入這個目錄項中。
以FAT32為例，這是FAT文件系統的一種版本，它使用32位的文件分配表來管理磁碟空間。在FAT32文件系統中，目錄項是構成文件目錄的基礎單元，每個目錄項佔用固定的磁碟空間，通常是32位元組。這個目錄項中包含了文件名、文件屬性、文件大小以及指向文件數據在磁碟上位置的指針等信息。當用戶需要訪問某個文件時，操作系統會首先查找目錄項，根據目錄項中的信息定位到文件數據在磁碟上的具體位置，從而實現對文件的讀寫操作。
總的來說，FAT文件系統通過目錄項來記錄文件的名稱和其他關鍵信息，這種機制雖然簡單直觀，但隨著文件數量的增加和磁碟容量的擴大，也暴露出了一些性能和管理上的局限性。盡管如此，FAT文件系統因其兼容性好、實現簡單等特點，在特定場景下仍然有著廣泛的應用。
E. FAT32系統文件詳解
MBR：主引導記錄 (主引導記錄區)
DBR：DOS 引導扇區 (引導扇區)
FAT：文件分配表 (文件分配表)
硬體：本文SD卡為Kingston 4GB，採用FAT32格式，簇大小4KB，每扇區512位元組。
第一章 硬碟與SD卡結構
1.1 硬碟結構
硬碟結構圖展示了硬碟的構成，硬碟的主引導扇區（MBR）位於物理地址0處，包含MBR與DPT（分區表），其中DPT由4個分區表組成，每個16位元組。分區表中的信息，如起始地址、位元組數、類型、結束地址等，對理解分區與數據存儲至關重要。
1.2 MBR分析
MBR包括主引導記錄與分區表，分區表中的信息指示了分區的偏移量與大小。分區表中的內容對於管理多分區硬碟特別重要。
1.3 SD卡結構
SD卡默認為一個分區，通過WinHex打開SD卡，可以看到非分區空間與分區1。非分區空間即為MBR所在區域，分區1起始於第8192個扇區，剩餘扇區功能未知。
第二章 FAT32文件系統
2.1 FAT文件系統簡介
FAT32文件系統採用簇作為數據存儲單元，簇由連續的扇區組成，最大可達64個扇區。FAT表記錄文件的簇分配狀態與簇號，目錄項則包含文件名、大小等信息。FAT32文件系統在硬碟結構中的分布與功能作用清晰。
2.2 FAT32文件系統結構
FAT32文件系統由保留區、FAT表與數據區構成。保留區包含系統引導扇區（DBR），FAT表包含FAT1與FAT2，數據區存儲用戶數據。
2.2.1 保留區
保留區由若干個扇區組成，其大小記錄在DBR中，通常為32、34或38個扇區。DBR中包含系統標志、版本號、扇區位元組數等重要信息。
2.2.1.1 引導扇區（DBR）
DBR的大小為512位元組，包含跳轉指令、文件系統標志、扇區位元組數、簇數等關鍵數據。
2.2.2 文件分區FAT表
FAT表位於保留區之後，包含FAT1與FAT2，用於記錄簇的分配狀態與簇號。FAT表與數據區中的簇號對應，提供文件管理功能。
2.2.3 數據區
數據區用於存儲用戶數據，緊隨在FAT表之後，簇從2號開始編號。數據區中的根目錄通常位於起始扇區，2號簇，記錄文件與目錄信息。
2.2.3.1 根目錄
根目錄由目錄項組成，目錄項包含文件名、大小、起始簇號等信息。根目錄所在扇區為數據區起始位置，2號簇，計算公式可得具體地址。
通過以上內容，我們深入了解了FAT32文件系統的結構與工作原理，包括MBR、DBR、FAT表與數據區的構成與功能，以及如何管理文件與目錄。