Технологии доступа к данным в информационных системах. Файловая система FAT

26 Pages·0.574 MB·Russian

by  Павлов А.Ю.

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УДК 681.3
Методические указания Технологии доступа к данным в информационных систе-
Департамент кадров и учебных заведений мах: Файловые системы FAT. Часть I. — Самара: СамИИТ, 2002. – 26 с.

Утверждено на заседании кафедры ИСС 31.01.02 протокол № 6.
САМАРСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО Печатается по решению редакционно-издательского совета института.
ТРАНСПОРТА ИМ. М.Т.ЕЛИЗАРОВА

Материал данной работы составляет цикл работ по технологиям доступа к данным.
Кафедра ИИС Описываются основные файловые системы, используемые семейством операционных
систем Windows. Излагаются логические структуры файловых систем и методы рабо-
ты с ними.
Материал предназначен для студентов, изучающих информатику и решающих за-
дачи доступа к данным. Рекомендуется студентам специальностей “Информационные
технологии” и “Микроинформационные управляющие системы”.

Технологии доступа к данным в

информационных системах
Составитель: Павлов Андрей Юрьевич, доцент кафедры ИСС, к.т.н.

Часть I

Файловые системы FAT
Рецензенты: Тихомиров А.А. – доцент кафедры ВТ СамГТУ, к.т.н., до-
цент.
Чертыковцев В.К. — проректор по информатизации Са-
мИИТа, д.т.н., профессор.

Редактор: Шимина И.А.

Подписано в печать 19.03.02
Тираж 100 Заказ № 31
САМАРА 2002
©СамИИТ, 2002
Введение

Информация в информационных системах (ИС) возникает в процессе обработки
хранящихся данных. На компьютерах, используемых для создания ИС, данные хра-
нятся на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) в виде именованных последо-
вательностей, называемых файлами. Хранение файлов подобно хранению книг в биб-
лиотеке, и для организации доступа к ним требуется специальная система, обеспечи-
вающая минимизацию времени доступа и удобство работы.
Файловая система представляет совокупность служебных структур на носителе и
средств операционной системы, обеспечивающих манипуляцию файлами. (Историче-
ски сложилось, что операционные системы семейства Windows развиваются в двух
направлениях (Windows 95, Windows 98 и Windows Ме составляют одно направление,
а Windows NT и Windows 2000 второе направление), предоставляющих различные
средства для работы со служебными структурами и файлами).
Файловая система FAT (File Allocation Table) была разработана Биллом Гейтсом и
Марком МакДональдом в 1977 году и первоначально использовалась в операционной
системе 86-DOS. Чтобы добиться переносимости программ из операционной системы
CP/M в 86-DOS, в ней были сохранены ранее принятые ограничения на имена файлов.
В дальнейшем 86-DOS была приобретена Microsoft и стала основой для ОС MS-DOS
1.0, выпущенной в августе 1981 года. Эта файловая система была изначально создана
для обеспечения произвольного доступа к файлам на гибких дисках относительно не- Рис. 1. Дорожки (цилиндры)
большого размера.

Увеличение объема жестких магнитных дисков потребовало дополнения в слу-
Жесткие диски состоят из одной или более дисковых пластин, у которых для хра-
жебных структурах файловой системы, и на смену FAT16 пришла FAT32. Эта файло-
нения используется одна или обе стороны. Данные записываются на магнитной по-
вая система позволила снять ограничения на объём доступного дискового пространст-
верхности стороны диска в виде концентрических окружностей, называемых дорож-
ва. Но, к сожалению, и FAT32 страдает от ограничений, которые делают её ненадеж-
ками (рис.1). Каждая дорожка состоит из нескольких секторов (рис.2). Размер сектора
ной и неспособной поддерживать диски и файлы большого объёма.
и их количество на дорожке задается при форматировании. Именно сектор является

единицей разбиения дискового пространства.

Для доступа к сектору необходимо указать его местоположение на диске, т.е. его
Физическая структура диска
адрес. Это может делаться двумя способами. Первый из способов заключается в ука-

зании номера дорожки (иногда называемого номером цилиндра), номера стороны (го-
Способность дисков хранить данные основывается на использовании намагничен-
ловки), и номера сектора. Второй способ состоит в сквозной последовательной нуме-
ных участков, движение, мимо которых, считывающего устройства возбуждает в этом
рации секторов от края диска к центру. Эта нумерация начинается с самой внешней
устройстве импульсы тока. Намагниченные и ненамагниченные участки соответству-
дорожки 0, стороны 0, сектора 1 (нумерация дорожек и сторон начинается с 0, а секто-
ют единичному и нулевому битам информации, хранящейся на диске. Но не они явля-
ров с 1), затем продолжается вдоль дорожки по нарастанию номеров секторов. После
ются единицами распределения дискового пространства.
прохождения на дорожке сектора с наибольшим номером, следующим становится сек-
тор с номером дорожки 0, номером стороны 1 и номером сектора 1, т.е. счет секторов
продолжается по возрастанию сторон. Переход на следующую дорожку осуществляет-
ся не раньше, чем пронумерованы все сектора на всех сторонах текущей дорожки.
Физический диск может быть разбит на части, которые рассматриваются как от-
дельные “логические” диски, иначе называемые разделами или томами. Достоинства
разбиения диска заключаются в следующем:
− В случае повреждения логического диска пропадает только та
информация, которая находилась на этом логическом диске.
− Реорганизация и выгрузка диска маленького размера проще и
быстрее, чем большого.
− Возможно разделение дискового пространства между отдель-
ными пользователями персонального компьютера. Такая практика "коллективной"
работы на персональном компьютере очень распространена.
− При использовании специальных утилит для разбиения диска
на части возможна установка для отдельных логических дисков защиты от записи.
Вы можете записывать на такие диски неизменяющуюся информацию. Вред от
программ-вирусов также будет меньше - вирус не сможет записать себя на защи-
щенный диск.
− Один диск может содержать несколько различных операцион-
ных систем, расположенных в разных разделах диска. В ходе начальной загрузки
вы можете указать раздел диска, из которого должна производиться загрузка опе-

рационной системы.
Рис. 2. Секторы и стороны (головки) Таблица разделов диска (Partition Table) располагается в конце самого первого
сектора жесткого диска. Эта таблица содержит четыре элемента, описывающих мак-

симально четыре раздела диска. В последних двух байтах сектора находится число
Чтобы уменьшить общее количество единиц хранения, за которыми должна сле-
55AA. Это признак таблицы разделов.
дить файловая система, FAT и NTFS используют для выделения места под файлы объ-
Для просмотра и изменения содержимого таблицы разделов жесткого диска может
единение смежных секторов, называемое кластером (cluster) (Рис.2). Размер кластера
использоваться специальная утилита, например, FDISK.
является степенью двойки (1,2,4,8,16 и т.д.) и определяется размером тома при форма-

тировании диска. Кластер представляет собой минимальное пространство, которое
Первый сектор жесткого диска Таблица 1
может занимать файл. Это приводит к тому, что часть пространства диска расходуется
Смещение РазмерСодержимое
впустую. В состав операционной системы входят различные утилиты (DoubleSpace,
DriveSpace), предназначенные для уплотнения данных на диске. Загрузочная запись - программа, которая загружается и
(+0) 1BEh выполняется во время начальной загрузки операционной
системы

Логическая структура диска (+1Beh) 10H Элемент таблицы разделов диска
(+1Ceh) 10H Элемент таблицы разделов диска
Чтобы программы могли загружаться с диска и работать с ним, необходимо создать (+1Deh) 10H Элемент таблицы разделов диска
на нем логическую структуру. Создание логической структуры заключается в резерви- (+1Eeh) 10H Элемент таблицы разделов диска
ровании нескольких секторов диска для обеспечения места под программы загрузки, (+1Feh) 2 Признак таблицы разделов - 55AAh
разбиение диска на разделы и выделения в них места под специальные области, спо-

собствующие организации хранения файлов и загрузке операционной системы.
Таблица разделов диска содержит записи размером 16 байтов, описывающих части
Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, головка 0) содержит
диска, называемых разделами (логическими дисками или томами). В записи описаны
так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record). Эта запись зани-
границы раздела в терминах номеров сектора, дорожки и головки, там располагается
мает не весь сектор, а только его начальную часть. Сама по себе главная загрузочная
информация о размере раздела в секторах и о назначении раздела. Разделы диска мо-
запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операцион-
гут быть активными, активный раздел может быть использован для загрузки операци-
ной системы с жесткого диска помещается в оперативную память по адресу
онной системы. Диск может содержать одновременно несколько активных разделов,
7C00:0000, после чего ей передается управление. Загрузочная запись продолжает про-
которые могут принадлежать разным операционным системам.
цесс загрузки операционной системы.
Первый сектор диска имеет формат, представленный в таблице 1. RelSect = (Cyl * Sect * Head) + (Head * Sect) + (Sect -
Все элементы таблицы разделов диска имеют одинаковый формат (таблица 2). 1)
В этой формуле:
Формат элемента таблицы разделов Таблица 2 Cyl - номер дорожки;
Sect - номер сектора на дорожке;
Смещение РазмерСодержимое
Head - номер головки.
Признак активного раздела:
В самом первом секторе активного раздела расположена загрузочная запись (Boot
(+0) 1 0 – раздел не активный;
Record), которую не следует путать с главной загрузочной записью (Master Boot
80h - раздел активный.
Record). Загрузочная запись считывается в оперативную память главной загрузочной
(+1) 1 Номер стороны для начального сектора раздела.
записью, после чего ей передается управление. Загрузочная запись выполняет загрузку
Номер сектора и дорожки для начального сектора раздела в
(+2) 2 операционной системы.
формате функции чтения сектора INT 13h.
Таким образом, загрузка операционной системы с жесткого диска - двухступенча-
(+4) 1 Код системы (таблица 3).
тый процесс. Вначале модули инициализации BIOS считывают главную загрузочную
(+5) 1 Номер стороны для последнего сектора раздела.
запись в память, и ей передается управление. Главная загрузочная запись просматри-
Номер сектора и дорожки для последнего сектора раздела в вает таблицу разделов и находит активный раздел. Если активных разделов несколько,
(+6) 2
формате функции чтения сектора INT 13h. на консоль выводится сообщение о необходимости выбора активного раздела для про-
(+8) 4 Относительный номер сектора начала раздела. должения загрузки.
(+12) 4 Размер раздела в секторах. После того как активный раздел найден, главная загрузочная запись считывает са-
мый первый сектор раздела в оперативную память. Этот сектор содержит загрузочную

запись, которой главная загрузочная запись и передает управление.
Список возможных значений поля “Код системы” в элементе таблицы разделов
Загрузочная запись активного раздела выполняет загрузку операционной системы,
диска на сегодняшний день может иметь значения, указанные в таблице 3. Кроме того,
находящейся в активном разделе.
если раздел является отказоустойчивым (Fault Tolerant, FT), то Windows NT устанав-
Такой двухступенчатый метод загрузки операционной системы необходим по той
ливает старший бит этого поля в 1. Например, 87h для NTFS, или 86h для BIGDOS
причине, что способ загрузки зависит от самой операционной системы, поэтому каж-
FAT формата. LBA является методом доступа к жесткому диску, базирующемся на
дая операционная система имеет свой собственный загрузчик. Фиксированным явля-
расширенном прерывании INT13.
ется только расположение загрузочной записи - самый первый сектор активного раз-

дела.
Возможные значения поля “Код системы” в элементе таблицы разделов Таблица 3
Обычно разделы начинаются с четных номеров дорожек, за исключением самого
Значение Смысл первого раздела. Этот раздел может начинаться с сектора 2 нулевой дорожки (головка
0), так как самый первый сектор диска занят главной загрузочной записью.
0h Неизвестная система.
Если в элементе таблицы разделов байт кода системы имеет значение 5, то в начале
01h 12-битовая FAT.
раздела, указанном в этом элементе, располагается сектор, содержащий таблицу логи-
04h 16-битовая FAT.
ческих дисков. Фактически эта таблица является расширением таблицы разделов дис-
05h Расширенный раздел DOS
ка, расположенной в самом первом секторе физического диска. Таблица логических
06h 32-битовая FAT (BIGDOS FAT).
дисков имеет формат, аналогичный таблице разделов диска, но имеет только два эле-
Разрешенные к установке файловые системы (Installable File System,
07h мента. Один из них указывает на первый сектор логического диска DOS, он имеет код
IFS), например: HPFS и NTFS.
системы 1 или 4. Второй элемент может иметь код системы, равный 5 или 0. Если этот
0Bh Первичный раздел Fat32 до 2047 GB.
код равен 5, то элемент указывает на следующую таблицу логических дисков. Если
0Ch То же самое, что 0Bh, но c использованием LBA.
код системы равен 0, то соответствующий элемент не используется.
0Eh То же самое, что 06h, но c использованием LBA.
Например, если диск разбит на три логических диска C, D и E, то таблицы могут
0Fh То же самое, что 05h, но c использованием LBA.
выглядеть так, как показано на рис.3.

Двухбайтовое слово, расположенное со смещением 8, содержит относительный
номер первого сектора раздела. Для вычисления относительного номера сектора мож-
но использовать следующую формулу:
Hd_end:array[1..4] of byte; {смещ +5;длина 1 ;Конец раздела:номер головки}
Таблица разделов диска Sec_Cyl_end:array[1..4] of word; {смещ +6;длина 2 ;Конец раздела:сектор/цилиндр последнего
сектора}
80h 01h 0100h 0Bh FEh BF7Dh 3F000000h 9C64BFh
begin
00h 00h 817Eh 0Fh FEh 7FBAh FE649C00h A0910100h r.ah:=$02; {номер функции}
r.dl:=$80; {1-й жесткий диск}
r.dh:=0; {номер стороны}
r.ch:=0; {номер дорожки}
Таблица логического диска D
r.cl:=1; {номер сектора}
00h 01h 0100h 0Bh 0Fh 7F96h 3F000000h 51420600h r.al:=1; {количество секторов}
00h 00h 5846h 0Fh 0Fh FF92h 30810C00h A0910100h r.es:=seg(buffer);
r.bx:=ofs(buffer);
intr($13,r);
if r.flags and 1 = 1 then
Таблица логических дисков E begin
00h 01h 0100h 0Bh 0Fh 7F96h 3F000000h 51420600h halt(1);{Ошибка}
00h 00h 0000h 00h 00h 0000h 00000000h 00000000h end;
{Элементы раздела}
Р Case index of
ис.3. Таблицы разбиения диска 1:offs:=$1BE;
2:offs:=$1CE;
3:offs:=$1DE;
Из сказанного выше следует, что таблицы логических дисков связаны в список, на
4:offs:=$1EE;
начало этого списка указывает элемент таблицы разделов диска с кодом системы, рав- end;
ным 5. writeln('Структура элементов раздела диска:');
Для таблицы логических дисков имеется отличие в использовании полей границ writeln('Раздел № ',index);
boot[index]:=buffer[offs+1];
логических дисков: если код системы равен 1 или 4, эти границы вычисляются относи-
write(' Флаг загрузки {0-неактивен, (128) 80h-активен}.....');
тельно начала расширенного раздела; для элемента с кодом системы 5 используется writeln(boot[index]);
абсолютная адресация (относительно физического начала диска). write(' Начало раздела:номер головки:.....................');
Hd_begin[index]:=buffer[offs+2];

writeln(Hd_begin[index]);

write(' Начало раздела:сектор/цилиндр корневого сектора:..');
Средства работы с MBR Sec_Cyl_begin[index]:=buffer[offs+3];
writeln(Sec_Cyl_begin[index]);
Windows Me. В операционных системах (ОС) этого направления не существует write(' Код системы:......................................');
Sys_Indicator[index]:=buffer[offs+5];
простого способа доступа к MBR (для получения доступа нужно писать VXD-драйвер
writeln(Sys_Indicator[index]);
или воспользоваться thunk). Чтобы все же получить доступ к MBR в этих ОС можно write(' Конец раздела:номер головки:......................');
воспользоваться режимом эмуляции DOS, в котором выполняются прерывания. В этом Hd_end[index]:=buffer[offs+6];
случае можно использовать функции базовой структуры ввода/вывода (BIOS), напри- writeln(Hd_end[index]);
write(' Конец раздела:сектор/цилиндр последнего сектора:..');
мер, Int 13 функцую 2 (абсолютное чтение секторов диска). Для этого случая, функция
Sec_Cyl_end[index]:=buffer[offs+7];
чтения таблицы разделов, описанная на языке Паскаль, может выглядит следующим writeln(Sec_Cyl_end[index]);
образом: end;
procedure Partition_Table(var d:byte); Windows NT. В операционных системах этого направления возможен доступ к фи-
var зическому диску. Это делается посредством функции CreateFile, с помощью которой
index:byte; можно выполнять не только создание нового файла, открывание существующего фай-
r:registers; {структура регистров}
ла или каталога, изменение длины существующего файла, но и операции над каналами
buffer:array[1..512] of byte; {буфер}
offs:word; {смещение} передачи данных, трубами (pipe), дисковыми устройствами и консолями. Прототип
boot:array[1..4] of byte; {смещ +0; длина 1 ;Флаг загрузки 0-неактивен, 80h-активен} функции CreateFile выглядит следующим образом:
Hd_begin:array[1..4] of byte; {смещ +1;длина 1 ;Начало раздела:номер головки } HANDLE CreateFile(
Sec_Cyl_begin:array[1..4] of word; {смещ +2;длина 2 ;Начало раздела:сектор/цилиндр корневого LPCTSTR IpFileNaroe, // адрес строки имени файла
сектора } DWORD dwDesiredAccess, // режим доступа
Sys_Indicator:array[1..4] of byte; {смещ +4;длина 1 ;Код системы 4-FAT16} DWORD dwShareMode, // режим совместного использования файла
LPSECURITY_ATTRIBUTES IpSecurityAttributes, // дескриптор защиты Константа Описание
DWORD dwCreationDistribution, // параметры создания
Если создаваемый файл уже существует, функция
DWORD dwFlagsAndAttributes, // атрибуты файла CREATE_NEW
HANDLE hTemplateFile); // идентификатор файла с атрибутами CreateFile возвращает код ошибки
Через, параметр lpFileName этой функции нужно передать адрес строки, содержа- Существующий файл перезаписывается, при этом
CREATE_ALWAYS
щей имя объекта (устройства, файла и т.д.), которые вы собираетесь открыть или соз- содержимое старого файла теряется
дать. Строка должна быть закрыта двоичным нулем. Открывается существующий файл. Если файл с
Параметр dwDesiredAccess определяет тип доступа к открываемому или создавае- OPEN_EXISTING указанным именем не существует, функция CreateFile
мому объекту. Здесь можно использовать логическую комбинацию следующих кон- возвращает код ошибки
стант: Если указанный файл существует, он открывается. Если
OPEN_ALWAYS
Константа Описание файл не существует, он будет создан
Доступ запрещен, однако приложение может определять Если файл существует, он открывается, после чего
0 атрибуты файла или устройства, открываемого при помощи длина файла устанавливается равной нулю. Содержимое
TRUNCATE_EXISTING
функции CreateFile старого файла теряется. Если же файл не существует,
GENERIC_READ Разрешен доступ на чтение функция CreateFile возвращает код ошибки
GENERIC_WRITE Разрешен доступ на запись

С помощью параметра dwShareMode задаются режимы совместного использования Параметр dwFlagsAndAttributes задает атрибуты и флаги для файла. При этом мож-
открываемого объекту. Для этого параметра можно указать комбинацию следующих но использовать любые логические комбинации следующих атрибутов (кроме атрибу-
констант: та FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, который можно использовать только отдельно):
Константа Описание Атрибут Описание
0 Совместное использование объекта запрещено FILE_ATTRIBUTE_ARCHIVE Файл был архивирован (выгружен)
Другие приложения могут открывать объект с помощью Файл, имеющий этот атрибут, динамически
FILE_SHARE_READ функции CreateFile для чтения сжимается при записи и восстанавливается при
чтении. Если этот атрибут имеет каталог, то для
FILE_SHARE_WRITE Аналогично предыдущему, но на запись FILE_ATTRIBUTE_COMPRESSED
всех расположенных в нем файлов и каталогов
также выполняется динамическое сжатие
Через параметр IpSecurityAttributes необходимо передать указатель на дескриптор за- данных
щиты или значение NULL, если этот дескриптор не используется. Остальные перечисленные в этом списке
Параметр dwCreationDistribution определяет действия, выполняемые функцией FILE_ATTRIBUTE_NORMAL атрибуты не установлены
CreateFile, если приложение пытается создать файл, который уже существует. Для это- FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN Скрытый файл
го параметра можно указать одну из следующих констант:
FILE_ATTRIBUTE_READONLY Файл можно только читать
FILE_ATTRIBUTE_SYSTEM Файл является частью операционной системы

В дополнение к перечисленным выше атрибутам через параметр
dwFlagsAndAttributes можно передать любую логическую комбинацию флагов, пере-
численных ниже:
Флаг Описание LPDWORD IpNumberOfBytesRead, // адрес слова, в которое будет записано количество прочитан-
ных байт
Отмена промежуточного кэширования данных для
LPOVERLAPPED IpOverlapped); // адрес структуры типа OVERLAPPED
FILE_FLAG_WRITE_THROUGH уменьшения вероятности потери данных при BOOL WriteFile(
аварии HANDLE hFile, // идентификатор файла
Отмена промежуточной буферизации или LPVOID IpBuffer, // адрес записываемого блока данных
DWORD nNuroberOfBytesToWrite, // количество байт, которые необходимо записать
кэширования. При использовании этого флага
FILE_FLAG_NO_BUFFERING LPDWORD IpNumberOfBytesWrite, // адрес слова, в котором будет сохранено количество записан-
необходимо выполнять чтение и запись порциями, ных байт
кратными размеру сектора (обычно 512 байт) LPOVERLAPPED IpOverlapped); // адрес структуры типа OVERLAPPED
Выполнение чтения и записи асинхронно. Во время Через параметр hFile этим функциям необходимо передать идентификатор объекта,
FILE_FLAG_OVERLAPPED асинхронного чтения или записи приложение полученный от функции CreateFile.
может продолжать обработку данных Параметр lpBuffer должен содержать адрес буфера, в котором будут сохранены
Указывает, что к файлу будет выполняться прочитанные данные (для функции ReadFile) или из которого будет выполняться за-
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS произвольный доступ. Флаг предназначен для пись данных (для функции WriteFile).
оптимизации кэширования Параметр nNumberOfBytesToRead используется для функции ReadFile и задает ко-
Указывает, что к файлу будет выполняться личество байт данных, которые должны быть прочитаны в буфер IpBuffer. Аналогично
последовательный доступ от начала файла к его параметр nNumberOfBytesToWrite задает функции WriteFile размер блока данных,
FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN
концу. Флаг предназначен для оптимизации имеющего адрес IpBuffer, который должен быть записан в объект.
кэширования Так как в процессе чтения возможно возникновение ошибки или достижение конца
Файл будет удален сразу после того, как файла, количество прочитанных или записанных байт может отличаться от значений,
FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE приложение закроет его идентификатор. Этот флаг заданных соответственно параметрами nNumberOfBytesToRead и
удобно использовать для временных файлов nNumberOfBytesToWrite. Функции ReadFile и WriteFile записывают количество дейст-
Файл будет использован для выполнения операции вительно прочитанных или записанных байт в двойное слово с адресом соответствен-
FILE_FLAG_BACKUP_SEMANTICS выгрузки или восстановления. При этом но lpNumberOfBytesRead и lpNumberOfBytesWrite.
выполняется проверка прав доступа Параметр lpOverlapped используется в функциях ReadFile и WriteFile для организа-
Доступ к файлу будет выполняться в соответствии ции асинхронного режима чтения и записи. Если запись выполняется синхронно, в
FILE_FLAG_POSIX_SEMANTICS со спецификацией POSIX качестве этого параметра следует указать значение NULL.
Если функции ReadFile и WriteFile были выполнены успешно, они возвращают
значение TRUE. При возникновении ошибки возвращается значение FALSE. В по-

следнем случае вы можете получить код ошибки, вызвав функцию GetLastError.
И наконец, последний параметр hTemplateFile предназначен для доступа к файлу
Используя перечисленные функции для чтения MBR можно создать на языке Си
шаблона с расширенными атрибутами для создаваемого файл.
следующую функцию:
В случае успешного завершения функция CreateFile возвращает идентификатор
#pragma pack(1)
созданного или открытого объекта. При ошибке возвращается значение typedef struct tagPartitionInfo
INVALID_HANDLE_VALUE (а не NULL, как можно было бы предположить). Код {
UCHAR ucActivePartFlag; // Индикатор активного раздела
ошибки можно определить при помощи функции GetLastError.
UCHAR ucDH; // Начало CHS, в формате Int13h
В том случае, если файл уже существует и были указаны константа
UCHAR ucCL;
CREATE_ALWAYS или OPEN_ALWAYS, функция CreateFile не возвращает кода UCHAR ucCH;
ошибки. В то же время в этой ситуации функция GetLastError возвращает значение UCHAR ucType; // тип раздела
UCHAR ucEndDH; // конец CHS, в формате Int13h
ERROR_ALREADY_EXISTS.
UCHAR ucEndCL;
Функция CloseHandle позволяет закрыть объект. Она имеет единственный пара-
UCHAR ucEndCH;
метр - идентификатор закрываемого объекта, полученный от функции CreateFile. DWORD dwLba; //начало раздела
С помощью функций ReadFile и WriteFile приложение может выполнять соответст- DWORD dwSize; // размер раздела
венно чтение из объекта и запись в объект. } PART_INFO, *PPART_INFO;
typedef struct tagMBR
BOOL ReadFile(
{
HANDLE hFile, // идентификатор файла
UCHAR ucBootProgramAndData[0x1be]; // код загрузки
LPVOID IpBuffer, // адрес буфера для данных
PART_INFO PartInfo[4]; // Таблица разделов
DWORD nNumberOfBytesToRead, // количество байт, которое необходимо прочесть в буфер
USHORT usSignature; // MBR сигнатура 0xaa55 Смещение РазмерСодержимое
}MBR, *PMBR;
Команда JMP xxxx - переход типа NEAR на программу
#pragma pack() (+0) 3
void ReadMBR(void) начальной загрузки
{ Название фирмы-производителя операционной системы и
(+3) 8
HANDLE hPhysicalDrive; версия, например: "IBM 4.0"
hPhysicalDrive = CreateFile("\\\\.\\PhysicalDrive0", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
(+11) 25 BPB – блок параметров BIOS
FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, 0, 0); // открываем устройство,
// представляющее первый жесткий диск (+36) 1 Физический номер дисковода (0 –флоппи, 80h – жесткий диск)
if(hPhysicalDrive != INVALID_HANDLE_VALUE) (+37) 1 Зарезервировано
{
(+38) 1 Символ ')' - признак расширенной загрузочной записи
MBR data;
DWORD dwBytesRead; Серийный номер диска (Volume Serial Number), создается во
(+39) 4
// Читаем 1-й сектор диска... время форматирования диска
ReadFile(hPhysicalDrive, &data, 512, &dwBytesRead, NULL); (+43) 11 Метка диска (Volume Label)
…
Зарезервировано, обычно содержит запись типа 'FAT16 ',
// закрываем устройство
CloseHandle(hPhysicalDrive); (+54) 8 которая идентифицирует формат таблицы размещения файлов
} FAT
}

Структура FAT16 Метка диска формируется при форматировании и может быть изменена командой опе-
рационной системы LABEL. Одновременно метка диска помещается в корневой ката-
Как нам уже известно, самый первый сектор логического диска занимает загру- лог.
зочная запись (Boot Record). Для FAT16, кроме программы начальной загрузки опе-
рационной системы, в загрузочной записи находятся параметры, описывающие харак- Блок параметров BIOS FAT16 Таблица 5
теристики данного логического диска. Все эти параметры располагаются в самом на- (0) 2 sect_siz Количество байтов в одном секторе диска.
чале сектора, в его так называемой форматированной области. Формат области пока- (+2) 1 clustsiz Количество секторов в одном кластере.
зан в таблице 4. (+3) 2 res_sect Количество зарезервированных секторов.
В самом начале загрузочной записи располагается команда внутрисегментного пе- (+5) 1 fat_cnt Количество таблиц FAT.
рехода JMP. Она нужна для обхода форматированной зоны сектора и передачи управ- Максимальное количество дескрипторов файлов, содержащихся
(+6) 2 root_siz
ления загрузочной программе, располагающейся со смещением (+62). в корневом каталоге диска.
Название фирмы-производителя не используется операционной системой. (+8) 2 tot_sect Общее количество секторов на носителе данных (в разделе).
Поле со смещением (+38) всегда содержит символ ')'. Этот символ означает, что
(+10) 1 media Байт-описатель среды носителя данных.
используется формат расширенной загрузочной записи. До MS-DOS 4.0 использовался
(+11) 2 fat_size Количество секторов, занимаемых одной копией FAT.
другой формат записи.
(+13) 2 sectors Количество секторов на дорожке.
Серийный номер диска формируется во время форматирования диска на основе да-
(+15) 2 heads Количество сторон.
ты и времени форматирования. Это поле может быть использовано для определения
Количество скрытых секторов для раздела, который по размеру
факта замены диска в дисководе. (+17) 2 hidden_l
меньше 32 мегабайтов.

Количество скрытых секторов для раздела, превышающего по
Загрузочная запись Таблица 4 (+19) 2 hidden_h
размеру 32 мегабайта.
Общее количество секторов на логическом диске для раздела,
(+21) 4 tot_secs
превышающего по размеру 32 мегабайта.

Блок параметров BIOS. Со смещением (+11) располагается BPB - блок парамет-
ров BIOS. Этот блок содержит некоторые характеристики логического диска и исполь-
зуется дисковыми драйверами. В FAT16 BPB имеет формат, изображенный в таблице
5.
Блок параметров BIOS содержит байт-описатель среды media. Этот байт может стера, распределенного файлу, хранится в элементе каталога, описывающего данный
служить для идентификации носителя данных, для жесткого диска он имеет значение файл.
F8h.
FAT. Сразу после загрузочного сектора на логическом диске находятся сектора, Номер
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
содержащие таблицу размещения файлов FAT (File Allocation Table). Назначение ячейки
этой таблицы станет понятным, если учесть, что файловая система FAT разрабатыва- Значение в
13 20 ffff 16 17 18 ffff 0 21 ffff 0 fff7 25 ffff
лась во время широкого использования либо последовательного доступа к файлам, при ячейке
котором файлы хранятся друг за другом, либо распределения под файл фиксированно-
го значения кластеров. 1 2 3 4
При последовательном доступе, прежде чем загрузить файл, требовалось осущест- File File File File
вить его поиск (рис.4), заключающийся в последовательном чтении заголовков фай-
лов, начиная с первого, и проверки совпадения имени искомого файла с именем, со-
держащемся в заголовке. А это увеличивает время доступа к файлу. Кроме того, при
увеличении размера файла сохранить его можно только за файлом, хранящимся по-
следним (если хватить места), иначе испортится следующий за вновь сохраняемым Рис.5. Организация в FAT информации о распределении кластеров под файлы (номера
файлом файл. Этот недостаток способствует образованию больших объемов неисполь- ячеек FAT соответствуют номерам кластеров)
зуемых участков диска.
Первый байт FAT называется “Описатель среды” (Media Descriptor) или байт ID
идентификации FAT. Он имеет такое же значение, как и байт-описатель среды, нахо-
Файл 1 Файл 2 Файл 3 Файл 4 дящийся в загрузочной записи логического диска. Следующие 7 байтов всегда содер-
Кластеры 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 … жат значение 0ffh. Остальная часть FAT состоит из 16-битовых ячеек, каждая ячейка
соответствует одному кластеру диска. Эти ячейки могут содержать значения, указан-
Рис.4. Поиск файла при последовательном доступе ные в таблице 6.

При распределении под файл фиксированного значения кластеров используется Возможные значения ячейки FAT Таблица 6
прямой доступ к файлу, позволяющий позиционировать считывающие головки сразу
FAT16 Что означает
на требуемый файл. Однако, из-за того, что место, распределенное под файл, не может
0000h Свободный кластер
быть увеличено, попытка сохранения файла, размер которого превышает заданный,
fff0h - fff6h Зарезервированный кластер
приводит к аварийному завершению сохраняющей файл программы.
fff7h Плохой кластер
Учитывая изложенное, разработчики файловой системы FAT создали файловую
fff8h - ffffh Последний кластер в списке
систему с прямым доступом к файлу, способную при увеличении размеров файла вы-
0002h - ffefhНомер следующего кластера в списке
делять ему дополнительные сектора из числа свободных, не используемых другими
файлами.

В FAT файл располагается не обязательно в смежных областях диска, он может Например, из рис. 5 видно, что File 1 использует кластеры 12, 13, 20 и 21, File 2 ис-
быть разбросан по разным дорожкам и секторам. Информация же об участках, исполь- пользует один 14-ый кластер, а в кластере 23 испорчены сектора, и он помечен, как
зуемых файлом, хранится в таблице размещения файлов FAT. При этом весь диск раз- плохой.
бивается на участки одинакового размера, называемые кластерами (рис.1). Для каждо- Корневой каталог находится. Корневой каталог находится сразу за последней ко-
го кластера FAT имеет свою индивидуальную ячейку, в которой хранится информация пией FAT. Количество секторов, занимаемых одной копией FAT, находится в блоке
об использовании данного кластера. Другими словами, таблица размещения файлов - параметров BIOS в загрузочной записи в поле fatsize, количество копий FAT - в поле
это массив, содержащий информацию о кластерах. Размер этого массива определяется fatcnt блока BPB. Следовательно, перед корневым каталогом находится один сектор
общим количеством кластеров на логическом диске. загрузочной записи и (fatcnt_*_fatsize) секторов таблицы размещения файлов FAT.
Все свободные кластеры в FAT помечены нулями. Если файл занимает несколько Поскольку загрузочная запись слишком мала для хранения алгоритма поиска сис-
кластеров, то эти кластеры связаны в список. Для связанных в список кластеров эле- темных файлов на диске, то системные файлы должны находиться в определенном
менты FAT содержат номера следующих используемых данным файлом кластеров. месте, чтобы загрузочная запись могла их найти. Фиксированное положение систем-
Конец списка отмечен в таблице специальным значением (рис.5). Номер первого кла- ных файлов в начале области данных накладывает жесткое ограничение на размеры
корневого каталога и таблицы размещения файлов. Вследствие этого общее число 2. Для того, чтобы время обновления файла уместилось в шестнадцати битах, при-
файлов и подкаталогов в корневом каталоге на диске FAT16 ограничено 512. шлось пойти на снижение точности времени до двух секунд.
Формат даты обновления файла напоминает формат времени (рис.8).
Корневой каталог
Для того, чтобы получить значение года обновления файла, необходимо прибавить
к величине, хранимой в старших семи битах, значение 1980. Поля месяца и дня каких-
либо особенностей не имеют, они полностью соответствуют календарной дате.
Подкаталог Подкаталог Подкаталог
программ текстов картинок Возможные значения байта атрибутов файла Таблица 8
Разряд Величина,
Что означает
7 6 5 4 3 2 1 0 шестнадц.
1 1h Разрешено только чтения
Подкаталог Подкаталог
1 2h Скрытый
книг статей
1 4h Системный

Рис.6. Древовидная структура каталогов 1 8h Метка тома
1 10h Подкаталог
Формат элемента каталога Таблица 7 1 20h Архив
Смещение Размер Содержимое 1 40h Не используется
1 80h Не используется
Имя файла или каталога, выровненное на левую границу
(+0) 8
и дополненное пробелами.
Расширение имени файла, выровненное на левую
(+8) 3
границу и дополненное пробелами. Каталог-предок содержит по одному дескриптору для каждого подкаталога-
(+11) 1 Атрибуты файла. потомка. Элемент подкаталога отличается от дескриптора обычного файла в двух
(+12) 10 Зарезервировано. пунктах: во-первых, в поле атрибутов установлен бит “подкаталог”, во-вторых, в поле
Время создания файла или время его последней размера стоит 0.
(+22) 2
модификации.
Дата создания файла или дата его последней Разряд 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
(+24) 2
модификации. Содержимое Часы (0..23) Минуты (0..59) Секунды (0..29)
(+26) 2 Номер первого кластера, распределенного файлу.

(+28) 4 Размер файла в байтах.
Рис.7. Формат поля времени

Разряд 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Существует два типа каталогов: корневой каталог, о котором говорилось выше, и Содержимое Год (0..119) Месяц(1..1День(1..31
подкаталоги. Подкаталоги размещаются в области данных, в точности так же, как 2) )
обычный файл. Размер подкаталога не фиксирован. Подкаталог всегда прикреплен к

каталогу-предку, который может быть либо корневым каталогом, либо также подката-
Рис.8. Формат поля даты
логом. Таким образом формируется древовидная структура (рис. 6).

Любой каталог содержит 32-байтовые элементы - дескрипторы, описывающие

файлы и другие каталоги. Формат дескриптора приведен в таблице 7.
При создании каталога в него заносятся два специальных дескриптора, содержащих
Байт атрибутов является принадлежностью каждого файла. Биты этого байта могут
в поле имени “.” и “..”. Они выглядят как дескрипторы для подкаталогов. На самом
иметь значения представленные в таблице 8.
деле “.” указывает на содержащий его каталог, т.е. каталог имеет ссылку сам на себя.
Формат поля времени показан на рис.7. Старшие пять битов содержат значение ча-
Второй специальный дескриптор с именем “..” указывает на каталог более высокого
са модификации файла, шесть битов с номерами 5-10 содержат значение минут моди-
уровня.
фикации файла, и, наконец, в младших 5 битах хранится значение секунд, деленное на