U盘文件系统

优盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为 5 部分：MBR 区、DBR 区、FAT 区、FDT区和 DATA区。

主引导记录(MBR)
绝对扇区号为：MBR_LBA=0x00000000处是主引导记录,等同位于硬盘的0磁道0柱面1扇区。
在总共 512 字节的主引导扇区中，MBR 只占用了其中的 446 个字节（ofs:0 - ofs:1BDH），另外的 64个字节（ofs:1BEH - ofs:1FDH）交给了 DPT(Disk Partition Table 盘分区表),最后两个字节“55 AA”（ofs:1FEH - ofs:1FFH）是分区的结束标志。   MBR定义如下：
typedef struct
{ 
uchar bootcode[446];   //ofs:0.启动代码。“FA 33 C0 8E D0 BC…”.
PartitionTable PT[4];   //ofs:446.分区表 length=4*16.
uint EndingFlag;     //ofs:510.结束标识:0xAA55.
}MBR_tag;   
Bootcode[446]启动代码一般是固定的，用于引导 x86，不用管。  
分区表项的定义如下：
typedef struct
{
uchar BootFlag; //启动标志 
CHS StartCHS; //分区开始的柱面、磁头、扇区 
uchar SystemID; //分区类型 
CHS EndCHS; //分区结束的柱面、磁头、扇区 
ulong RelativeSectors; //分区起始扇区数，指分区相对于记录该分区的分区表的扇区位置之差 (该分区表：LBA=0x0)。
ulong TotalSectors;//分区总扇区数 
}PartitionTable;   
其中 CHS为一个柱面、磁头、扇区的结构，定义如下: 
struct CHS
{
uchar Head; //磁头。
unsigned Sector : 6; //扇区。
unsigned CyH2 : 2; //柱面(高两位)。
uchar CyL8; //柱面（低八位）。 
ulong Cylinder() {return (uint(CyH2)*256+CyL8);} //返回柱面值 
void SetCylinder(uint Cylinder) //设置柱面值 {
CyH2=(Cylinder>>8)&0x3; CyL8=(Cylinder&0xff); 
} 
};

例：80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00
在这里我们可以看到:  

• “80”是一个分区的激活标志，表示系统可引导；  
• “01 01 00”表示分区开始的磁头号为 01，开始的扇区号为 01，开始的柱面号为 00；  
• “0B”表示分区的系统类型是 FAT32，其他比较常用的有 04（FAT16）、06（bigFAT16）、01（FAT12）、07（NTFS）；  
• “FE BF FC”表示分区结束的磁头号为 254，分区结束的扇区号为 63、分区结束的柱面号为 764；  
•  “3F 00 00 00”表示首扇区的相对扇区号为 63；
•  “7E 86 BB 00”表示总扇区数为 12289622。

系统引导记录(DBR)
绝对扇区号为：DBR_LBA=MBR.PT[0].RelativeSectors 处是 DBR,等同位于硬盘的 0 磁道 1柱面 1 扇区(512 字节),是操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括一个引导程序和一个被称为 BPB（Bios Parameter Block）的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当 MBR将系统控制权交给它时，判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统的引导文件（以 DOS为例，即是 Io.sys和 Msdos.sys）。如果确定存在，就把其读入内存，并把控制权交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数，分配单元的大小等重要参数。   DBR定义如下：
typedef struct
{
uchar bJmpBoot[3];      //ofs:0.典型的如：0xEB,0x3E,0x90。
char  bOEMName[8];      //ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”。
uint  BPB_wBytesPerSec;   //ofs:11.每扇区字节数。
uchar BPB_bSecPerClus;    //ofs:13.每簇扇区数。
uint  BPB_wReservedSec;   //ofs:14.保留扇区数，从 DBR到 FAT的扇区数。
uchar BPB_bNumFATs;     //ofs:16.FAT的个数。
uint  BPB_wRootEntry;     //ofs:17.根目录项数。
uint  BPB_wTotalSec;     //ofs:19.分区总扇区数(<32M时用)。
uchar BPB_bMedia;       //ofs:21.分区介质标识,优盘一般用 0xF8。
uint  BPB_wSecPerFAT;     //ofs:22.每个 FAT占的扇区数。
uint  BPB_wSecPerTrk;     //ofs:24.每道扇区数。
uint  BPB_wHeads;       //ofs:26.磁头数。
ulong BPB_dHiddSec;     //ofs:28.隐藏扇区数，从 MBR到 DBR的扇区数。
ulong BPB_dBigTotalSec;   //ofs:32.分区总扇区数(>=32M时用)。
uchar bDrvNum;     //ofs:36.软盘使用 0x00,硬盘使用 0x80。
uchar bReserved1;       //ofs:37.保留。
uchar bBootSig;       //ofs:38.扩展引导标记：0x29。
uchar bVolID[4];       //ofs:39.盘序列号。
char  bVolLab[11];      //ofs:43.“Msdos      ”。
char  FileSysType[8];     //ofs:54.“FAT16   ”。
uchar ExecutableCode[448];  //ofs:62.引导代码。
uint  EndingFlag;       //ofs:510.结束标识:0xAA55。
}DBR_tag;

DOS引导记录公式：  
文件分配表＝保留扇区数  
根目录＝保留扇区数＋FAT的个数×每个 FAT的扇区数  
数据区＝根目录逻辑扇区号＋（32×根目录中目录项数）/ 每扇区字节数  
绝对扇区号＝逻辑扇区号＋隐含扇区数  
扇区号＝（绝对扇区号 % 每磁道扇区数）＋1  
磁头号＝（绝对扇区号 / 每磁道扇区数）% 磁头数  
磁道号＝（绝对扇区号 / 每磁道扇区数）/ 磁头数
要点：

•   DBR位于柱面 0，磁头 1，扇区 1，其逻辑扇区号为 0
•   DBR包含 DOS引导程序和 BPB。
•   BPB十分重要，由此可算出逻辑地址与物理地址。

文件分配表(FAT)
绝对扇区号为：FAT_LBA = DBR_LBA + BPB_wReservedSec 处是文件分配表，是 DOS 文件组织结构的主要组成部分。我们知道 DOS进行分配的最基本单位是簇。文件分配表是反映硬盘上所有簇的使用情况，通过查文件分配表可以得知任一簇的使用情况。DOS在给一个文件分
配空间时总先扫描 FAT，找到第一个可用簇，将该空间分配给文件，并将该簇的簇号填到目录的相应段内。即形成了“簇号链”。FAT就是记录文件簇号的一张表。FAT的头两个域为保留域，对 FAT12来说是 3个字节，FAT16来说是 4个字节。其中头一个字节是用来描述介质
的，其余字节为 FFH。介质格式与 BPB相同。
  FAT结构含义 ：一般 FAT表的第一项为 FF8H或 FFF8H。

对于 FAT16，簇号×2作偏移地址，从 FAT中取出一字即为 FAT中的域。
    逻辑扇区号 ＝ 数据区起始逻辑扇区号＋（簇号－2）×每簇扇区数
    簇号 ＝（逻辑扇区号－数据区起始逻辑扇区号）/ 每簇扇区数＋2
要点：

•   FAT反映硬盘上所有簇的使用情况，它记录了文件在硬盘中具体位置（簇）。
•   文件第一个簇号（在目录表中）和 FAT的该文件的簇号串起来形成文件的“簇号链”，修复被破坏的文件就是根据这条链。
•   由簇号可算逻辑扇区号，反之，由逻辑扇区号也可以算出簇号，公式如上。
•   FAT位于 DBR之后，其 DOS扇区号从 1开始。

文件目录表(FDT)
绝对扇区号为：FDT_LBA = FAT_LBA + BPB_bNumFATs * BPB_wSecPerFAT处是文件目录表，DOS 文件组织结构的又一重要组成部分。文件目录分为两类：根目录，子目录。根目录有一个，子目录可以有多个。子目录下还可以有子目录，从而形成“树状”的文件目录结构。
子目录其实是一种特殊的文件，DOS 为目录项分配 32 字节。
目录项定义如下：
typedef struct
{
  char  FileName[8];  //ofs:0.文件名
  char  ExtName[3];  //ofs:8.扩展名
  uchar attribute;  //ofs:11.文件属性。典型值：存档(0x20)、卷标(0x08)。
  char  reserved[10]; //ofs:21.保留
  uint  time;     //ofs:22.时间
  uint  data;     //ofs:24.日期
  uint  StartClus;  //ofs:26.开始簇号
  ulong FileLength;  //ofs:28.文件长度
}DIR_tag；
1)  目录项文件名区域中第一个字节还有特殊的意义：  

• 00H代表未使用。  
• 05H代表实际名为 E5H。  
• E5H代表此文件已被删除。

2)  目录项属性区域的这个字节各个位的意义如下：
   ７  ６  ５  ４  ３  ２  １  ０
   未  修  修  子  卷  系  隐  只
   用  改  改  目  标  统  藏  读 
       标  标  录  属  属  属
       志  志      性  性  性
3)  WINDOWS 的长文件名使用了上表中所说的“保留”这片区域。
4)  时间：time = Hr * 2048 + Min * 32 + Sec + 2。
5)  日期：time = (Yr-1980) * 512 + Mon * 32 + Day。
6)  簇号与逻辑扇区号的关系为：
逻辑扇区号 =（簇号  - 2）×  每簇扇区数 +  数据区起始逻辑扇区号。
7)  要点：  

•  文件目录是记录所有文件，子目录名，扩展名属性，建立或删除最后修改日期。文件开始簇号及文件长度的一张登记表.  
•  DOS 中 DIR 列出的内容是根据文件目录表得到的。  
•  文件起始簇号填在文件目录中，其余簇都填在 FAT 中上一簇的位置上。

数据区(DATA)  
数据区绝对扇区号＝根目录绝对扇区号＋（32×根目录中目录项数）/ 每扇区字节数
表达式：DATA_LBA = FDT_LBA +（ 32 * BPB_wRootEntry ）/ BPB_wBytesPerSec。