参考文件
FAT32文件系统有几个基本的几个概念:
先拿一个真实的4G SD卡分析数据：
使用winhex物理方式查看，截一部分图:
全称Master Boot Record，即主引导记录。
主引导记录分为两个部分，一个部分是前446字节，另外一个部分是后64字节。
前446个字节，一般取值为0，不过有的时候也会有其他的设置值。
这部分也叫DPT，全称Disk Partition Table，即磁盘分区表。
磁盘分区表有4个区，每个区有16字节，总体是64字节。因此，MBR字节数为512字节，刚好是一个扇区的数量。
DPT的4个部分，每一个部分的16字节含义如下表:
00 82 03 00 0B E6 DC CA 00 20 00 00 00 E0 ED 00(16进制)
这里，就贴出来上面截图的数据内容。(我们使用的是小字节序)
0x00 ：
通常的取值。
0x82 ：
开始磁头。
0x03 0x00 ：
实际为0x0003，按照2进制编码为0000 0000 0000 0011。
那么开始扇区为:0。
开始柱面为:3。
0x0B ：
分区类型，为Win95 FAT32类型。
0xE6 ：
结束磁头为230。
0xDC 0xCA：
实际为0xCADC，按照2进制编码为1101 1100 1100 1010。
那么结束扇区为:55。
结束柱面为:220。
0x00 0x20 0x00 0x00 ：
实际为：0x00002000，也就是8192，为分区的开始扇区地址。那么我们后面就可以从这里去找DBR。
0x00 0xE0 0xED 0x00 :
实际为:0x00EDE000，也就是15589376，为分区的总扇区数。
从这里其实可以算出SD卡的容量。
也就是：
分区大小：15589376x512 = 7981760512。这个值大约是7.612G。
从物理0地址到起始地址:8192*512 = 4194304
那么总容量为:7981760512+4194304 = 7985954816。
该部分包括一个叫BPB的内容。
先截出DBR部分的实际SD卡上的内容：
在WinHex下使用逻辑磁盘打开FAT32文件系统的存储介质来看，偏移位置与表示的含义有如下表所示:
25字节的分区块(BPB):
扩展分区BPB:
按照定义，将实际的图 MBR.png分析如下：
从偏移为0x0BH地址开始：
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，表示扇区字节数，也就是512字节。
10:
即0x10，每簇扇区数为16。也就是16 512=8 1024=8K。
96 04：
即0x0496，保留扇区数为1174。
02：
即0x02，FAT表份数为2。
00 00：
即0x0000，为保留。
00 00：
即0x0000，为保留。
F8：
即为本地硬盘。
00 00：
即0x0000，为保留。
3F 00：
即0x003F，即每磁道扇区数为63。
FF 00：
即0x00FF，即磁头数为255。
00 20 00 00：
即0x00002000，即隐藏扇区数为8192。
00 E0 ED 00：
即0x00EDE000，即磁盘总扇区数为15589376。
B5 1D 00 00 ：
即0x001DB5，即FAT表占用扇区数为7605。
好了，根据这些内容，可以计算出两个参数：
FAT1的开始扇区 = 分区开始扇区+ 保留扇区=8192+1174 = 9366。
FAT2的开始扇区 = FAT1的开始扇区+FAT表占用的大小 = 9366 + 7605 = 16971。
首目录簇 = FAT1的开始扇区+FAT的表份数 x FAT表占用的大小=9366+2*7605 = 24576。
继续追踪，找到首目录簇中的已经新建的文件。
现在，先解析粘贴出来的每个部分的内容的含义。
具体内容下面的FAT中会说。
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 ：
表示的是文件的属性。归档。
18：
为系统保留。
8B：
创建时间的10ms位。也就是1390ms。
2A 90：
也就是0x902A，换成2进制为1001 0000 0010 1010 。表示的是创建时间。
细分如下:
则时间值为:
时:0x12 = 18，
分:0x1 = 1，
秒:0xAx 2s + 1390ms= 10x 2s + (1390ms) = 21s，
所以创建时间为18:01:21。
96 4A：
也就是0x4A96，换成2进制为0100 1010 1001 0110，表示的是创建日期。
细分如下:
则日期值为:
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x4 = 4，
日:0x16= 22，
所以，创建日期为2017年4月22日。
A1 4A：
也就是0x4AA1，换成2进制为0100 1010 1010 0001，表示的是最后访问日期。
则日期为：
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x5 = 5，
日:0x1= 1，
所以，最后访问日期为2017年5月1日。
00 00：
起始簇高16位。
0F 8C：
也就是0x8C0F，换成2进制为1000 1100 0000 1111，表示的是最近修改时间。
时:0x11 = 17，
分:0x20 = 32，
秒:0xf x 2 = 30s，
所以最近修改时间为17:32:30。
A1 4A：
也就是0x4AA1，换成2进制为0100 1010 1010 0001，表示的是最近修改日期。
则日期为：
年:1980+0x25 = 2017，
月:0x5 = 5，
日:0x1= 1，
所以，最近修改日期为2017年5月1日。
03 00：
即0x0003，表示起始簇低16位，也就是说，起始簇高位与起始簇低位相或，得到0x00000003，起始簇为3。
10 00 00 00：
即0x00000010，表示文件数据长度，也就是16字节。
分析完a.txt，b.txt也一样分析即可。
从而可以得到的是，a.txt的内容位置在:(3-2)*16+24576 = 24592上。
后使用winhex进行验证，确认是正确的。
文件分配表(FAT)，是FAT文件系统中用于磁盘数据索引和定位而引进的一种链式结构。在FAT文件系统中，文件的存储依照FAT表制定的簇链式数据结构来进行。同时，FAT文件系统将组织数据时使用的目录也抽象为文件，以简化对数据的管理。
如DBR所述，偏移0EH处存储了保留扇区的个数，而保留扇区数指的就是当前分区内DBR到FAT表之间的所有扇区的个数（包括DBR但不包括FAT表）。据此，可以定位FAT表所在的起始偏移位置了。
如DBR所述，偏移24H处存储了保留扇区的个数，知道FAT2是紧邻FAT1的。那么FAT2表的位置为:FAT1的起始偏移地址+FAT1的大小。
FAT表由一系列大小相等的FAT表项组成，它有如下特性：
在FAT32文件系统中，根目录的位置不再硬性地固定，可以存储在分区内可寻址的任意簇内，不过通常根目录是最早建立的(格式化就生成了)目录表。所以，我们看到的情况基本上都是根目录首簇紧邻FAT2，占簇区顺序上的第1个簇（即2号簇）。同时，FAT32文件系统将根目录当做普通的数据文件来看，所有没有了目录项数的限制，在需要的时候可以分配空簇，存储更多的目录项。
对于短文件名格式的目录项：
注意:*表示此字段在段文件目录项中，不可取值0FH。若取值为0FH，目录段为长文件名目录段。
0BH字段取值如下:
FAT32的一个重要的特点是完全支持长文件名。长文件名依然是记录在目录项中的。为了低版本的OS或程序能正确读取长文件名文件，系统自动为所有长文件名文件创建了一个对应的短文件名，使对应数据既可以用长文件名寻址，也可以用短文件名寻址。不支持长文件名的OS或程序会忽略它认为不合法的长文件名字段，而支持长文件名的OS或程序则会以长文件名为显式项来记录和编辑，并隐藏起短文件名。
长文件名的实现有赖于目录项第12字节属性字节，当此字节的值为0FH时，支持长文件名的系统会将其当做长文件名的依据，而只支持短文件名的系统会认为是异常而忽略掉。系统将长文件名以13个字符为单位进行切割，每一组占据一个目录项。所以可能一个文件需要多个目录项，这时长文件名的各个目录项按倒序排列在目录表中，以防与其他文件名混淆。
长文件名中的字符采用unicode形式编码，每个字符占据2字节的空间。其目录项定义如:
B. fat32的启动扇区系统由哪三部分组成
简单理解文件系统，就是文件的储存方式。也可以理解为一个门牌系统，为储存设备划分门牌号，每个文件分配一个门牌，然后就能按照门牌找到文件。
今天主要介绍一下windows的三种文件系统。
FAT32
NTFS
exFAT
格式化硬盘的时候，Windows 系统会提供这三种文件系统让你选。这时应该选哪一种呢？
1、FAT32
FAT（File Allocation Table，文件分配表）文件系统是windows操作系统所使用的一种文件系统，它的发展过程经历了FAT12、FAT16、FAT32三个阶段。FAT文件系统用“簇”作为数据单元。一个“簇”由一组连续的扇区组成，簇所含的扇区数必须是2的整数次幂。簇的最大值为64个扇区，即32KB。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。用户文件和目录都存储在簇中。
FAT文件系统的数据结构中有两个重要的结构：文件分配表和目录项：
文件分配表：文件和文件夹内容储存在簇中，如果一个文件或文件夹需要多于一个簇的空间，则用FAT表来描述，如何找到另外的簇。FAT结构用于指出文件的下一个簇，同时也说明了簇的分配状态。FAT12、FAT16、FAT32这三种文件系统之间的主要区别在与FAT项的大小不同。
目录项：FAT文件系统的每一个文件和文件夹都被分配到一个目录项，目录项中记录着文件名、大小、文件内容起始地址以及其他一些元数据。
FAT32 是最老的文件系统，所有操作系统都支持，兼容性最好。但是，它是为32位计算机设计的，文件不能超过 2 32 - 1 个字节，也就是不能超过 4GB，分区不能超过 8TB。目前来看，这个文件系统有点过时了，只适合小文件，如果有大的视频文件，就不能使用它。
特点：
FAT32文件系统用4个字节（32位）空间来表示每个扇区配置文件的情形，所以叫FAT32。分区容量最低是512M，而上限的话不同的操作系统都不一样，WinXP系统最大可以做到2TB的FAT32分区。
2、NTFS
NTFS 是 Windows 的默认文件系统，用来替换 FAT32。Windows 的系统盘只能使用这个系统，移动硬盘买来装的也是它。与FAT32对比如下：
特点：
NTFS文件系统是windows NT核心和高级服务器网络操作系统环境的文件系统。NTFS系统比FAT32的可靠性更高，可以支持更大的分区和更大的文件，此外还有不少FAT32没有的功能，比如压缩分区、文件索引、数据保护和恢复、加密访问等。
3、exFAT
exFAT 可以看作是 FAT32 的64位升级版， ex 就是 extended 的缩写（表示"扩展的 FAT32"），功能不如 NTFS，但是解决了文件和分区的大小问题，两者最大都可以到 128PB。由于 Mac 和 Linux 电脑可以读写这种系统，所以移动硬盘的文件系统可以改成它。 （全称Extended File Allocation Table File System，扩展FAT，即扩展文件分配表）是Microsoft在 Windows Embeded 5.0 以上（包括 Windows CE 5.0 、6.0、 Windows Mobile5、6、6.1）中引入的一种适合于闪存的文件系统，为了解决 FAT32 等不支持4G及其更大的文件而推出。对于闪存， NTFS文件系统不适合使用，exFAT更为适用。
特点：
exFAT文件系统是微软在windows embeded5.0以上引入的一种适合于闪存的文件系统，主要是为了解决FAT32不支持4G或更大文件的问题而推出的。
FAT32与exFAT可用4GB文件的区别
大多数U盘在格式化时默认FAT32，最大优点就是在一个不超过8GB的分区中，FAT32的每个簇容量都固定为4KB，与前代相比可以大大地减少磁盘的浪费，提高磁盘利用率。
虽然对于最大分区容量的支持上面，FAT32的2TB最大分区容量至今仍不过时，但FAT32无法传输并存放超过4GB容量的光盘ISO镜像、高清视频、各种图形作品文件等等，这是最致命的弊端。而exFAT格式在苹果本或者是Windows电脑上都可以格式化，并且在两个系统之间可以互相无障碍使用。相比之下，exFAT格式就没有4GB文件传输限制了。
其实FAT32与exFAT存在着一个升级关系，这两种文件系统都支持OS X系统与Windows系统，如果你将U盘格式化成这两种文件系统，在不同操作系统电脑上可以畅通无阻地使用。
NTFS相比FAT会让闪存性能降低
NTFS是相当流行的，但多见于硬盘。XP、Vista、Win7默认都会将分区格式化为NTFS系统，可以说NTFS是目前最好的磁盘文件系统。
U盘在格式化为NTFS时，实际可用容量与其他文件系统形式也有所差别，虽然使用中感受并不是很大。另外，在格式化U盘时，容量在64G甚至更大规格时，系统识别自动格式化为exFAT与NTFS格式，会便于优盘在不同操作系统电脑上无障碍使用。
但是，NTFS也有他的缺点，NTFS分区采用“日志式”，因为要记录磁盘的详细读写操作，对U盘这种快闪存储介质会造成较大的负担，比如同样存取一个文件或目录，在NTFS上的读写次数就会比FAT32更多，理论上NTFS格式的U盘比较容易损坏。并且由于U盘带宽有限，NTFS频繁读写占据通道会让磁盘性能降低。
总结
FAT32与exFAT之间最大的差别在于能否支持4GB及以上容量单个文件的传输、查看与编辑；而FAT系列文件系统与NTFS之间最大的区分在于文件存取的方式，后者长期使用可能会让闪存类存储产品性能降低.
C. 请指出下面FAT32分区中的目录项的文件名,文件属性和起始簇号
文件名：44 4F 43 53 即：DOCS
文件属性：10 即：子目录
起始簇号：00 00 D2 06
D. fat文件系统采用什么来记录文件的名称
FAT文件系统采用目录项（Directory Entries）来记录文件的名称。
FAT（File Allocation Table）文件系统是一种早期的、相对简单的文件系统，广泛应用于各种存储设备，如闪存盘、SD卡和旧版Windows操作系统中。在FAT文件系统中，文件的组织和管理主要通过文件分配表来实现，而记录文件名称这一任务则交由目录项完成。
具体来说，目录项是存储在磁盘上的数据结构，它们包含了关于文件和目录的元数据，如文件名、文件大小、创建时间等。在FAT文件系统中，每个文件或目录都对应一个或多个目录项。这些目录项被组织在特定的目录结构中，通常是一个线性的列表或是一个层级化的树状结构。当用户创建一个新文件时，系统会在目录区域分配一个新的目录项，并将文件的名称和其他相关信息写入这个目录项中。
以FAT32为例，这是FAT文件系统的一种版本，它使用32位的文件分配表来管理磁盘空间。在FAT32文件系统中，目录项是构成文件目录的基础单元，每个目录项占用固定的磁盘空间，通常是32字节。这个目录项中包含了文件名、文件属性、文件大小以及指向文件数据在磁盘上位置的指针等信息。当用户需要访问某个文件时，操作系统会首先查找目录项，根据目录项中的信息定位到文件数据在磁盘上的具体位置，从而实现对文件的读写操作。
总的来说，FAT文件系统通过目录项来记录文件的名称和其他关键信息，这种机制虽然简单直观，但随着文件数量的增加和磁盘容量的扩大，也暴露出了一些性能和管理上的局限性。尽管如此，FAT文件系统因其兼容性好、实现简单等特点，在特定场景下仍然有着广泛的应用。
E. FAT32系统文件详解
MBR：主引导记录 (主引导记录区)
DBR：DOS 引导扇区 (引导扇区)
FAT：文件分配表 (文件分配表)
硬件：本文SD卡为Kingston 4GB，采用FAT32格式，簇大小4KB，每扇区512字节。
第一章 硬盘与SD卡结构
1.1 硬盘结构
硬盘结构图展示了硬盘的构成，硬盘的主引导扇区（MBR）位于物理地址0处，包含MBR与DPT（分区表），其中DPT由4个分区表组成，每个16字节。分区表中的信息，如起始地址、字节数、类型、结束地址等，对理解分区与数据存储至关重要。
1.2 MBR分析
MBR包括主引导记录与分区表，分区表中的信息指示了分区的偏移量与大小。分区表中的内容对于管理多分区硬盘特别重要。
1.3 SD卡结构
SD卡默认为一个分区，通过WinHex打开SD卡，可以看到非分区空间与分区1。非分区空间即为MBR所在区域，分区1起始于第8192个扇区，剩余扇区功能未知。
第二章 FAT32文件系统
2.1 FAT文件系统简介
FAT32文件系统采用簇作为数据存储单元，簇由连续的扇区组成，最大可达64个扇区。FAT表记录文件的簇分配状态与簇号，目录项则包含文件名、大小等信息。FAT32文件系统在硬盘结构中的分布与功能作用清晰。
2.2 FAT32文件系统结构
FAT32文件系统由保留区、FAT表与数据区构成。保留区包含系统引导扇区（DBR），FAT表包含FAT1与FAT2，数据区存储用户数据。
2.2.1 保留区
保留区由若干个扇区组成，其大小记录在DBR中，通常为32、34或38个扇区。DBR中包含系统标志、版本号、扇区字节数等重要信息。
2.2.1.1 引导扇区（DBR）
DBR的大小为512字节，包含跳转指令、文件系统标志、扇区字节数、簇数等关键数据。
2.2.2 文件分区FAT表
FAT表位于保留区之后，包含FAT1与FAT2，用于记录簇的分配状态与簇号。FAT表与数据区中的簇号对应，提供文件管理功能。
2.2.3 数据区
数据区用于存储用户数据，紧随在FAT表之后，簇从2号开始编号。数据区中的根目录通常位于起始扇区，2号簇，记录文件与目录信息。
2.2.3.1 根目录
根目录由目录项组成，目录项包含文件名、大小、起始簇号等信息。根目录所在扇区为数据区起始位置，2号簇，计算公式可得具体地址。
通过以上内容，我们深入了解了FAT32文件系统的结构与工作原理，包括MBR、DBR、FAT表与数据区的构成与功能，以及如何管理文件与目录。