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毕业论文毕业论文 模板模板 海南大学三亚学院本科生毕业论文 设计 论文 设计 题目FAT32 文件系统探索分院理工分院专业 方向 电子信息工程年级 班级 电信0801学生学号08107xx1学生姓名裴宇峰指导老师杨大全xx年5月 31日海南大学三亚学院毕业论文 I 摘要目前国内90 以上的计算机都采用Windows系列操作系统 FAT32文件系统是Windows环境下常用的两种文件格式之一 电子信息工程专业是与计算机专业息息相关的专业 对计算机相关 专业知识的学习是非常必要的 硬盘在计算机中肩负着存储数据的重要任务 因此我们有必要对计 算机硬盘的相关知识做深入的学习 鉴于国内Windows系统计算机覆盖了大部分行业的应用 本次我们选 择了FAT32文件系统进行研究 不同容量硬盘的盘片数目不等 通常是两片或三片 每个盘片都有两面 每个面都可以记录信息 这些盘片被分为许多扇形区域 称为扇区 每个扇区可以存储128 2 n n 1 2 3 个字节的信息 以DOS系统为例 每个扇区的大小是128 2 2 512bit 以磁盘的盘片中心为圆心 不同半径的同心圆称为磁道 不同盘面 相同磁道组成的圆柱称为柱面 每个磁头的两个面上都有都有一个磁头 习惯上以磁头号来区分 硬盘容量的基本计算公式为磁盘容量 磁头数 磁道 柱面 数 每 道扇区数 每扇区字节数图1硬盘的基本结构1 2MBR Master BootRecovery MBR位于硬盘0磁道0柱面1扇区的位置 其作用至关 重要 它担负着引导操作系统启动的举足轻重的作用 当一块硬盘存放MBR的位置发生物理损坏时 这块硬盘的寿命也随之 告终 在存放MBR的这一特殊扇区的512bit中 MBR占用了446bit海南大学 三亚学院毕业论文 2 00H 1DBH 随后的64bit 1BEH 1FDH 为DPT Disk PartitionTable分区表 最后2bit为55AA 0101010110101010 是分区有效结束的标志 主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序 其中的硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确并且在系统 硬件完成自检以后引导具有激活标志的分区上的操作系统 并将控 制权交给启动程序 MBR是由分区程序 如Fdisk exe 所产生的 它不依赖任何操作系 统 而且硬盘引导程序也是可以改变的 从而实现多系统共存 计算机在按下power键以后 开始执行主板bios程序 进行完一系列检测和配置以后 开始按bios中设定的系统引导顺序引导系统 假定现在是硬盘 Bios执行完自己的程序后如何把执行权交给硬盘呢 交给硬盘后又执行存储在哪里的程序呢 其实 称为mbr的一段代码起着举足轻重的作用 MBR master bootrecord 即主引导记录 有时也称主引导扇区 位于整个硬盘的0柱面0磁头1扇区 可以看作是硬盘的第一个扇区 bios在执行自己固有的程序以后就会jump到mbr中的第一条指令 将系统的控制权交由mbr来执行 在总共512byte的主引导记录中 MBR的引导程序占了其中的前446个 字节 偏移0H 偏移1BDH 随后的64个字节 偏移1BEH 偏移1FDH 为D PT Disk PartitionTable 硬盘分区表 最后的两个字节 55AA 偏移1FE H 偏移1FFH 是分区有效结束标志 MBR不随操作系统的不同而不同 意即不同的操作系统可能会存在相 同的MBR 即使不同 MBR也不会夹带操作系统的性质 具有公共引导的特性 1 3DPT DiskPartitionTable 操作系统为了便于用户对磁盘的管 理 加入了磁盘分区的概念 即将一块磁盘逻辑划分为几块 磁盘分区数目的多少只受限于C Z的英文字母的数目 在上图DPT共 64个字节中如何表示多个分区的属性呢 microsoft通过链接的方法 解决了这个问题 在DPT共64个字节中 以16个字节为分区表项单位描述一个分区的属 性 也就是说 第一个分区表项描述一个分区的属性 一般为基本分区 第二个分区表项描述除基本分区外的其余空间 一般而言 就是我 们所说的扩展分区 由于DPT的容量有限 所以在设计的时候 每块硬盘将至多只能分为 四个物理分区 物理分区可以有两种存在形式主分区 Primary 和扩展分区 Exte nded 如果将硬盘分为四个分区 我们有两种分区方法P P P P P P P E除非必要 实际应用中出现四个或三个主分区的情况很少 除非电脑中需要安装几个操作系统 更多的时候 我们使用的是P E这样的分区方法 由于扩展分区不能 直接使用 所以我们还要将他分为一个或多个逻辑 Logical 分区 来使用 图2显示了一块分区后的硬盘的状态 其中C为主分区 绿色框中包 围的是扩展分区 扩展分区又被分成了D 海南大学三亚学院毕业论 文 3 E F G等逻辑分区 图2硬盘分区2FAT32文件系统2 1Windows系列文件系统简介微软在Do s Windows系列操作系统中共使用了6种不同的文件系统 包括即将 在windows的下一个版本中使用的Winfs 它们分别是FAt 12 FAT 16 FAT 32 NTFS NTFS5 0和WINFS 下面我们一一来对它们的相关特点和规则做个介绍 其中FAt 12 FAT 16 FAT32均是Fat文件系统 是File AllocationTable的简称 最古老的文件系统FAT12这是伴随着Dos诞生的 老 文件系统了 它采用12位文件分配表 并因此而得名 而以后的FAT系统都按照这样的方式在命名 在DOS3 0以前使用 但是在现在 我们都还能找得到这个文件系统用于软盘驱动器 当然 其他地方的确基本上不使用这个文件系统了 Fat12可以管理的磁盘容量是8M 这在当时 没有硬盘的情况下 这个磁盘管理能力是非常大的 使用时间最长文件系统的Fat16在Dos2 0的使用过程中 对更大的磁 盘的管理能力的需求已经出现了 所以在Dos3 0中 微软推出了新 的文件系统Fat16 除了采用了16位字长的分区表之外 Fat16和Fat12在其他地方都非 常的相似 实际上 随着字长增加4位 可以使用的簇的总数增加到了65546 在总的簇数在4096之下的时候 应用的还是Fat12的分区表 当实际 需要超过4096簇的时候 应用的是Fat16的分区表 刚推出的Fat16文件系统管理磁盘的能力实际上是32M 这在当时是看来是足够大的 1987年 硬盘的发展推动了文件系统的发展 Dos4 0之后的Fat16可 以管理128M的磁盘 然后这个数字不断的发展 一直到2G 在整整的10年中 2G的磁盘管理能力都是大大的多于了实际的需要 需要指出的是 在windows95系统中 采用了一种比较独特的技术 叫做VFat来解决长文件名等问题 FAT16分区格式存在严重的缺点大容量磁盘利用效率低 在微软的DOS和Windows系列中 磁盘文件的分配以簇为单位 一个 簇只分配给一个文件使用 不管这个文件占用整个簇容量的多少 这样 即使一个很小的文件也要占用一个簇 剩余的簇空间便全部 闲置 造成磁盘空间的浪费 由于海南大学三亚学院毕业论文 4 分区表容量的限制 FAT16分区创建的越大 磁盘上每个簇的容量也 越大 从而造成的浪费也越大 所以 为了解决这个问题 微软推出了一种全新的磁盘分区格式FAT 32 并在Windows95OSR2及以后的Windows版本中提供支持 Volume sizeCluster size0to32MB33to64MB65to128MB129to256MB257to511MB512to1023MB 1024to2047MB2048to4095MB512bytes1KB2KB4KB8KB16KB32KB64KB最 新的Fat32文件系统Fat32文件系统将是Fat系列文件系统的最后一个 产品 和它的前辈一样 这种格式采用32位的文件分配表 磁盘的管理能 力大大增强 突破了FAT162GB的分区容量的限制 由于现在的硬盘生产成本下降 其容量越来越大 运用FAT32的分区 格式后 我们可以将一个大硬盘定义成一个分区 这大大方便了对 磁盘的管理 FAT32推出时 主流硬盘空间并不大 所以微软设计在一个不超过8G B的分区中 FAT32分区格式的每个簇都固定为4KB 与FAT16相比 大大减少了磁盘空间的浪费 这就提高了磁盘的利用率 在其他更大的分区中的簇大小的可以看下表Volume sizeCluster sizeless than8GB lessthan16GB lessthan32GB morethan32gB4KB8KB16KB32KB目前 支持这种格式的操作系统有Win dows 95 Windows 98 OSR 2 Windows98SE Windows Me Windows2000和Windows XP Linux Redhat部分版本也对FAT32提供有限支持 然而 如果Linux安装在F AT32分区下 必须使用软盘进行引导 但是 这种分区格式也有它明显的缺点 首先是由于文件分配表的 扩大 运行速度比FAT16格式要慢 特别是在DOS7 0下 性能差别更 明显 2 2簇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开始进行编海南大学三亚学院毕业论文 5 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8号信箱 FAT表项 内记录的数字是9 我们就去9号房间 簇 取出第三份 然后去9号信箱 FAT表项 查看 第六步这时发现9号信箱 FAT表项 内的内容是一个结束标记 也 就是说后面没有了 这时我们就把所有的宝物找出来了 下面我们尝试分析一个真实的例子 首先在SD卡的根目录下建立一个名为ycy txt的文本文件 FAT1图示海南大学三亚学院毕业论文 9 我们现在来尝试读取起始于3号簇的文件第一步由该文件的目录项中 得知它的第一簇存储在3号簇 到3号簇读取它的内容后 查看3号FA T表项 第二步3号表项内的表项值为4 即存储文件的下一个簇为4号簇 读 取4号簇中的内容 查看4号簇对应的4号FAT表项 第三步4号表项内的表项值为5 即存储文件的下一个簇为5号簇 读 取5号簇中的内容 查看5号簇对应的5号FAT表项 第四步5号表项内的表项值为6 即存储文件的下一个簇为6号簇 读 取6号簇中的内容 查看6号簇对应的6号FAT表项 第五步6号表项内的表项值为7 即存储文件的下一个簇为7号簇 读 取7号簇中的内容 查看7号簇对应的7号FAT表项 第六步7号表项内的表项值为8 即存储文件的下一个簇为8号簇 读 取8号簇中的内容 查看8号簇对应的8号FAT表项 第七步8号表项内的表项值为9 即存储文件的下一个簇为9号簇 读 取9号簇中的内容 查看9号簇对应的9号FAT表项 第八步这时发现9号FAT表项中的值已是结束标志0 x0FFFFFFF 说明9 号簇已经是最后一簇了 要找一个簇的FAT表项 只要用它的簇号乘以每个FAT表项的字节数 即可 Winhex提供了直接跳转到某个指定FAT表项的功能 单击position g o toFAT