Файловые системы. Структура логического диска в FAT

1. Файловые системы

2. Структура логического диска в FAT

• BR (Boot Record) - содержит системный
загрузчик (System Bootstrap - принадлежит ОС и
выполняет ее загрузку) и параметры,
описывающие характеристики данного
логического диска (кол-во секторов на дорожке,
кол-во головок, кол-во байт в секторе, кол-во
секторов в кластере и т.д.)

3. Структура логического диска в FAT

• FAT (File Allocation Table), две копии - хранят
информацию о занимаемых файлом или
каталогом областях диска
• Корневой каталог (Root Directory)
• Область данных - хранит информацию из
файлов и каталогов

4. Формат каталогов

• Размер каждого элемента 32 байта:
• Имя файла (8 байт) заглавными буквами
• Расширение (3 байта) заглавными буквами
• Атрибуты файла (1 байт)
• Резерв (10 байт)
• Время, дата (Last Modified)
Reserved (4 байта)
1 байт
Create Time
3 байта
• Номер первого кластера,
распределенного
файлу
Create Date
2 байта
st
(2 байта) – 1 Cluster
Number – для FAT32
Last Access DateLO 2 байта
Reserved
1st Cluster
NumberHI 2 байта
• Размер файла в байтах
(4 байта)

5. LFN

8
FN[1]
FN[7]
FN[2] FN[3]
FN[8]
FN[9]
FN[4]
0A 0B 0C
10 11 12
0Fh
S/N
0
FN[5]
FN[10] FN[11]
0
0F
15
CRC FN[6]
FN[12] FN[13]

6. Кластер

• Файл хранится на диске в виде цепочки
кластеров. Кластер – единица распределения
дискового пространства в области данных
• Кластер состоит из одного или более секторов,
число секторов в кластере зависит от размера
раздела и выбирается равным 2N (1, 2,…, 64)
• Каждый кластер имеет свой номер
• Нумерация начинается с 2

7. Кластер

• Увеличение размера кластера приводит к
уменьшению фрагментации файлов и
повышению скорости доступа к данным
• При использовании больших кластеров дисковое
пространство расходуется неэффективно (до 50%
пространства теряется)

8. Особенности корневого каталога

• Создается автоматически при форматировании
диска
• Всегда занимает одно и то же место на диске
• Не может быть удален
• Может содержать строго определенное
количество элементов
• Является основой дерева каталогов

9. Особенности корневого каталога

• Создается автоматически при форматировании
диска
• Всегда занимает одно и то же место на диске
• Не может быть удален
• Может содержать строго определенное
количество элементов
• Является основой дерева каталогов

10. FAT

2
3
4
5
6
7
3
4
5
6
7
8
8
9
10
11
12
13
9
EOF
11
13
BAD
14
14
15
16
17
18
19
16
17
21
18
20
0
20
21
22
23
24
25
22
23
24
25
EOF
EOF

11. Виды FAT

•FAT12 до 4096 кластеров,
используется для дисков < 10 M. 8 сек/кл.
•FAT16 до 65536 кластеров,
используется для дисков < 2 Г. 64 сек/кл.
•FAT32 4 млрд кластеров,
используется для дисков > 2 Г.

12. Доступ к информации

• Полное имя файла
диск, каталог
размер файла, начальный кластер
FAT, цепочка кластеров
физические сектора на диске (H, C, S)

13. Файл (каталог)

•Состоит из трех элементов:
•Запись в каталоге
•Цепочка кластеров в FAT
•Кластеры в области данных

14. Файл (каталог)

Каталог
PROBA
TXT
...
10
1298
FAT
8
9
10
11
12
13
9
EOF
11
12
EOF
14
10
11
12
13
фыва
прол
джэ
Область данных
8
9

15. Удаление файла

Каталог
хROBA
TXT
...
10
1298
FAT
8
9
10
11
12
13
9
EOF
0
0
0
14
10
11
12
13
фыва
прол
джэ
Область данных
8
9

16. Удаление файла

•При удалении файла:
•В каталоге первый символ в имени
заменяется на ‘х’ (Е516), означающий, что
запись удалена
•Цепочка кластеров в FAT обнуляется, т.е.
кластеры помечаются как свободные
•Информация в области данных остается
неизмененной

17. Копирование файла

•При копировании файла:
•В каталоге назначения создается новая
запись
•В FAT фиксируется цепочка кластеров для
нового файла
•В области данных создается копия
оригинальной информации

18. Копирование файла

Каталог1
PROBA
TXT
...
10
1298
TXT
...
222
1298
Каталог2
PROBA

19. Копирование файла

FAT
8
9
10
11
12
13
9
EOF
11
12
EOF
14
222
223
224
225
226
227
223
0
224
0
EOF
0
226
EOF
EOF

20. Копирование файла

Область данных
8
9
220
10
11
12
фыва
прол
джэ
221
222
223
224
наша
фыва
мама
мыла
прол
джэ
раму
13
225

21. Перемещение файла

•При перемещении файла:
•В каталоге назначения создается новая
запись
•В исходном каталоге удаляется старая
запись
•FAT не изменяется
•В области данных изменений нет

22. Перемещение файла

Каталог1
хROBA
TXT
...
10
1298
TXT
...
10
1298
Каталог2
PROBA

23. Ошибки в файловой структуре

•Разрушена цепочка кластеров (цепочка
незакончена)
•Перекрестные ссылки (несколько файлов
претендуют на один кластер)
•Потерянные цепочки (ни один файл не
претендует на данную цепочку кластеров)

24. Разрушена цепочка кластеров

2
3
4
5
6
7
3
4
5
6
7
8
8
9
10
11
12
13
9
0
11
13
BAD
14
14
15
16
17
18
19
16
17
21
18
20
0
20
21
22
23
24
25
22
23
24
25
EOF
EOF

25. Решение

•Завершить цепочку с учетом размера файла
и наличия свободных кластеров
8
9
10
11
12
13
9
0
EOF
11
13
BAD
14

26. Перекрестные ссылки

EXAMPLE
PROBA
EXE
TXT
...
...
8
10
12694
1798
8
9
10
11
12
13
9
10
11
13
BAD
14
14
15
16
17
18
19
16
17
21
18
20
0
20
21
22
23
24
25
22
23
24
25
EOF
EOF

27. Решение

•Кластер назначить одному файлу.
•Обрезать посторонние файлы до
минимальной длины.
EXAMPLE
PROBA
EXE
TXT
...
...
8
10
0
12694
1798
0
8
9
10
11
12
13
9
10
11
13
BAD
14

28. Потерянные цепочки

2
3
4
5
6
7
3
4
5
6
7
8
8
9
10
11
12
13
9
EOF
11
13
BAD
14
14
15
16
17
18
19
16
17
21
18
20
0
20
21
22
23
24
25
22
23
24
25
EOF
EOF

29. Решение

•Вариант 1: назначить цепочку новому файлу
•Вариант 2: обнулить цепочку
FILE0000
_DD
...
9
2048
8
9
10
11
12
13
EOF
10
11
13
BAD
EOF

30. Решение

•Вариант 1: назначить цепочку новому файлу
•Вариант 2: обнулить цепочку
8
9
10
11
12
13
EOF
10
0
11
0
13
0
BAD
EOF
0

31. Восстановление данных

• Со 100%-ной точностью можно восстановить
только 1-ый кластер файла
x1STFILE
x2NDFILE
8
9
EXT
EXT
...
...
9
10
2048
2048
10
11
12
13
data
data
EOF
data data1
data2
data
10
11
13

32.

Сравнение файловых систем FAT
FAT12
FAT16
Разработчик
Полное название
Представлена
FAT32
Microsoft
File Allocation Table (Таблица размещения файлов)
(12-битная версия)
(16-битная версия)
(32-битная версия)
1980 (Microsoft Disk
BASIC)
Ноябрь 1987 (MS-DOS 3.31)
Август 1996 (Windows 95 OSR
2)
Содержимое директории
Таблица
Размещение файлов
Линейный список
Сбойные блоки
Тегирование кластера
Ограничения
Максимальный размер файла
Максимальное количество
кластеров
32 MiB
2 GiB
4 GiB
4084
65 524
268 435 445 (228−12)
Максимальная длина имени файла
Максимальный размер тома
8.3 или 255 символов при использовании LFN
32 MiB
2 GiB
4 GiB (64 Кб на кластер, но поддерживается не
везде)
2 TiB
8 TiB (2 Кб на сектор)
Возможности
Сохраняемые даты
Создания, модификации, доступа
Диапазон дат
1 января 1980 — 31 декабря 2107
Дополнительные данные
Изначально не поддерживаются
Атрибуты файлов
Разграничение прав доступа
Прозрачное сжатие
Прозрачное шифрование
Только для чтения, скрытый, системный, метка тома, подкаталог, архивный
Нет
Отдельные утилиты (Stacker, DoubleSpace, DriveSpace)
Сторонние утилиты или клоны DOS