Структура элемента каталога в файловой системе FATхх. Опорные и дополнительные элементы. Метка тома
Файлы и каталоги
Файловая система FAT имеет древовидную структуру. В корневом каталоге располагаются 32-байтовые элементы, которые содержат информацию о файлах и других каталогах.
Корневой каталог занимает непрерывную область фиксированного размера. Размер корневого каталога задаётся при форматировании и определяет максимальное количество файлов и каталогов, которые могут быть в нём описаны.
Вслед за корневым каталогом на логическом диске находится область файлов и подкаталогов корневого каталога.
Область данных разбита на кластеры, причём нумерация кластеров начинается с двойки. Кластеру с номером 2 соответствуют первые секторы области данных.
Любой каталог содержит 32-байтовые элементы — дескрипторы, описывающие файлы и другие каталоги. Формат дескриптора следующий:
| Смещение (байт) | Размер (байт) | Содержимое |
| Имя файла или каталога, выровненное на левую границу и дополненное пробелами | ||
| Расширение имени файла, выровненное на левую границу и дополненное пробелами | ||
| Байт атрибутов файла | ||
| Зарезервировано | ||
| Время создания файла или время его последней модификации | ||
| Дата создания файла или время его последней модификации | ||
| Номер первого кластера, распределённого файлу | ||
| Размер файла в байтах |
В любом каталоге, кроме корневого, два первых дескриптора имеют специальное назначение. Первый дескриптор содержит в поле имени строку «.». Этот дескриптор указывает на содержащий его каталог, то есть каталог имеет ссылку на себя. второй специальный дескриптор имеет имя «..». Этот дескриптор указывает на каталог более высокого уровня.
Таким образом, в древовидной структуре каталогов файловой системы FAT имеются ссылки как в прямом, так и в обратном направлении. Эти ссылки можно использовать для проверки целостности структуры каталогов файловой системы.
Биты байта атрибута файла в элементе каталога указывают, имеет ли файл соответствующие атрибуты. Первый бит идентифицирует каталог; второй отмечает файл в качестве метки логического диска. Обычно только операционная система может управлять значением этих битов. Кроме этого, файлы FAT имеют четыре специальных атрибута, которые могут применяться пользователем: архивный, системный, скрытый и атрибут «только для чтения».
Область данных содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому.
Область данных разбивают на так называемые кластеры. Кластер - это один или несколько смежных секторов области данных. С другой стороны, кластер - это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу. Т.е. файл или каталог занимает целое число кластеров. Для создания и записи на диск нового файла операционная система отводит для него несколько свободных кластеров диска. Эти кластеры не обязательно должны следовать друг за другом. Для каждого файла хранится список всех номеров кластеров, которые предоставлены данному файлу.
Разбиение области данных на кластеры вместо использования секторов позволяет:
· уменьшить размер таблицы FAT;
· уменьшить фрагментацию файлов;
· сокращается длина цепочек файла Þ ускоряется доступ к файлу.
Однако слишком большой размер кластера ведет к неэффективному использованию области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов (ведь на каждый файл теряется в среднем полкластера).
В современных файловых системах (FAT32, HPFS, NTFS) эта проблема решается за счет ограничения размера кластера (максимум 4 Кбайта)
Картой области данных является Таблица размещения файлов (File Allocation Table - FAT) Каждый элемент таблицы FAT (12, 16 или 32 бит) соответствует одному кластеру диска и характеризует его состояние: свободен, занят или является сбойным кластером (bad cluster).
· Если кластер распределен какому-либо файлу (т.е., занят), то соответствующий элемент FAT содержит номер следующего кластера файла;
· последний кластер файла отмечается числом в диапазоне FF8h - FFFh (FFF8h - FFFFh);
· если кластер является свободным, он содержит нулевое значение 000h (0000h);
· кластер, непригодный для использования (сбойный), отмечается числом FF7h (FFF7h).
Таким образом, в таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу, связываются в цепочки.
Таблица размещения файлов хранится сразу после загрузочной записи логического диска, ее точное расположение описано в специальном поле в загрузочном секторе.
Она хранится в двух идентичных экземплярах, которые следуют друг за другом. При разрушении первой копии таблицы используется вторая.
В связи с тем, что FAT используется очень интенсивно при доступе к диску, она обычно загружается в ОП (в буфера ввода/вывода или кэш) и остается там настолько долго, насколько это возможно.
Основной недостаток FAT - медленная работа с файлами. При создании файла работает правило - выделяется первый свободный кластер. Это ведет к фрагментации диска и сложным цепочкам файлов. Отсюда следует замедление работы с файлами.
Для просмотра и редактирования таблицы FAT можно использовать утилиту Disk Editor.
Подробная информация о самом файле хранится в другой структуре, которая называется корневым каталогом. Каждый логический диск имеет свой корневой каталог (ROOT, англ. - корень).
Корневой каталог описывает файлы и другие каталоги. Элементом каталога является дескриптор (описатель) файла.
Дескриптор каждого файла и каталога включает его
· имя
· расширение
· дату создания или последней модификации
· время создания или последней модификации
· атрибуты (архивный, атрибут каталога, атрибут тома, системный, скрытый, только для чтения)
· длину файла (для каталога - 0)
· зарезервированное поле, которое не используется
· номер первого кластера в цепочке кластеров, отведенных файлу или каталогу; получив этот номер, операционная система, обращаясь к таблице FAT, узнает и все остальные номера кластеров файла.
Итак, пользователь запускает файл на выполнение. Операционная система ищет файл с нужным именем, просматривая описания файлов в текущем каталоге. Когда найден требуемый элемент в текущем каталоге, операционная система считывает номер первого кластера данного файла, а затем по таблице FAT определяет остальные номера кластеров. Данные из этих кластеров считываются в оперативную память, объединяясь в один непрерывный участок. Операционная система передает управление файлу, и программа начинает работать.
Для просмотра и редактирования корневого каталога ROOT можно также использовать утилиту Disk Editor.
       
|
| 00Н | 01Н | Идентификатор дисковода | ||
| 01Н | 09Н | Имя файла (8 символов) | ||
| 09Н | 0СН | Расширение (3 символа) | ||
| 0СН | 0ЕН | Номер текущего блока | ||
| 0ЕН | 10Н | Размер записи | ||
| 10Н | 14Н | Размер файла | ||
| 14Н | 16Н | Дата создания (обновления) | ||
| 16Н | 18Н | Время создания (обновления) | ||
| 18Н | 20Н | Зарезервировано | ||
| 20Н | 21Н | Номер текущей записи | ||
  
| 25Н | Номер относительной записи |
| 00Н | 01Н | 0FFH |
| 01Н | 06Н | Зарезервировано |
| 06Н | 07Н | Байт атрибута |
| 07Н | 08Н | Идентификатор дисковода |
| 08Н | 10Н | Имя файла (8 символов) |
| 10Н | 13Н | Расширение (3 символа) |
| 13Н | 15Н | Номер текущего блока |
| 15Н | 17Н | Размер записи |
| 17Н | 1ВН | Размер файла |
| 1BН | 1DН | Дата создания (обновления) |
| 1DН | 1FН | Время создания (обновления) |
| 1FН | 27H | Зарезервировано |
| 27H | 28H | Номер текущей записи |
| 28H | 2CH | Номер относительной записи |
|
Резюме
Резюме.