File Allocation Table
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FAT ist ein Dateisystem, das mit MS-DOS eingeführt wurde. Da PCs Ende der 70er Jahre meist noch keine Festplatten sondern nur Diskettenlaufwerke hatten, war dieses Dateisystem zunächst nur für die Kapazitäten von Disketten ausgelegt.
Es gibt drei Varianten, die sich vor allem hinsichtlich der unterstützten Datenträgergröße unterscheiden:
- FAT12
- FAT16
- FAT32
FAT steht dabei für File Allocation Table und die Zahl gibt an wie groß die Einträge in dieser Tabelle sind. Mit FAT12 sind somit nur 212 Cluster adressierbar, mit FAT16 216 und mit FAT32 228.
Inhaltsverzeichnis |
Aufbau von FAT
FAT wird in 5 Bereiche unterteilt:
- Bootsektor
- Reservierte Sektoren
- File Allocation Table
- Wurzelverzeichnis (bei FAT32 nicht vorhanden)
- Datei- and Verzeichnis-Datenregion
Bootsektor
Der Bootsektor enthält den BIOS Parameter Block, den Bootloader und die Bootsignatur. Damit der BIOS Parameter Block nicht ausgeführt wird, sind seine ersten 2 Bytes eine JMP-Anweisung. Hinter dem BIOS Parameter Block folgt der Bootloader. Dieser ist unter FAT zwingend notwendig. Der Bootloader der von Windows für FAT benutzt wird, zeigt meistens nur eine Nachricht an, dass man die Diskette entfernen und den Computer neustarten solle.
In MS-DOS 1.0 war kein BPB vorhanden. Stattdessen gab es zwei Typen von FAT:
- Single-Sided: Dieser Typ war für einseitige Disketten da
- Double-Sided: Dieser Typ war dagegen für doppelseitige Disketten da.
Ab MS-DOS gab es den BPB, womit jetzt jedes FAT-System diesen braucht. (Die Verbreitung von MS-DOS 1.0 ist sehr gering. Deswegen wird nicht empfohlen, auf diese MS-DOS Version acht zu nehmen)
| Offset | Größe | Beschreibung |
|---|---|---|
| 0x00 | 3 | Instruktion die den BIOS Parameter Block überspringt |
| 0x03 | 8 | OEM-Name. Der Name, der Software, die das FAT erstellt hat. Dieses Feld hat keinen Einfluss auf eigentliche Dateisystem. |
| 0x0B | 2 | Sektor-Größe in Bytes. Gültig: 512, 1024, 2048 und 4096. Normal wird 512 verwendet. |
| 0x0D | 1 | Cluster-Größe in Sektoren. Gültig: Zweierpotenz zwischen 1 und 64. |
| 0x0E | 2 | Anzahl reservierter Sektoren inkl. Bootsektor. |
| 0x10 | 1 | Anzahl an File Allocation Tables. Normal gibt es immer 2 FATs |
| 0x11 | 2 | Maximale Anzahl an Einträgen im Wurzelverzeichnis (nur gültig für FAT16 und FAT32) |
| 0x13 | 2 | Anzahl an Sektoren. Wenn hier 0 steht, wird das Feld am Offset 0x20 benutzt. |
| 0x15 | 1 | Media-Descriptor:
Dieses Byte gilt als veraltet. |
| 0x16 | 2 | FAT-Größe in Sektoren. Bei FAT32 steht hier 0 und es wird das Feld bei Offset 0x24 benutzt. |
| 0x18 | 2 | Spur-Größe in Sektoren. |
| 0x1A | 2 | Anzahl der Schreib-Lese-Köpfe. |
| 0x1C | 4 | Anzahl an Sektoren vor dem Bootsektor (z. B. wenn das FAT auf einer Partition liegt) |
| 0x20 | 4 | Anzahl an Sektoren. |
Die folgenden Daten unterscheiden sich wischen FAT12/FAT16 und FAT32.
FAT12 und FAT16
| Offset | Größe | Beschreibung |
|---|---|---|
| 0x24 | 1 | Nummer des BIOS-Laufwerks |
| 0x25 | 1 | Reserviert |
| 0x26 | 1 | Erweiterte Bootsignatur |
| 0x27 | 4 | Dateisystem-ID |
| 0x2B | 11 | Dateisystem-Name (mit Leerzeichen auf 11 Zeichen gefüllt). Wird nicht mehr verwendet. |
| 0x36 | 8 | FAT-Variante (mit Leerzeichen gefüllt). z. B.: "FAT12 " oder "FAT16 ". |
| 0x3E | 448 | Bootloader |
| 0x1FE | 2 | Bootsignatur: 0xAA55 |
FAT32
| Offset | Größe | Beschreibung |
|---|---|---|
| 0x24 | 4 | FAT-Größe in Sektoren |
| 0x28 | 2 | FAT-Flags |
| 0x2A | 2 | FAT32-Version |
| 0x2C | 4 | Erstes Cluster des Wurzelverzeichnis |
| 0x30 | 2 | Info-Sektor. Sektor der Informationen über das Dateisystem enthält. |
| 0x32 | 2 | Sektor der Bootsektorkopie. (Microsoft empfiehlt nur 6 zu verwenden) |
| 0x34 | 12 | Reserviert |
| 0x40 | 1 | Nummer des BIOS-Laufwerks |
| 0x41 | 1 | Reserviert |
| 0x42 | 1 | Erweiterte Bootsignatur |
| 0x43 | 4 | Dateisystem-ID |
| 0x47 | 11 | Dateisystem-Name (mit Leerzeichen auf 11 Zeichen gefüllt). Wird nicht mehr verwendet. |
| 0x52 | 8 | FAT-Variante (mit Leerzeichen gefüllt). Immer "FAT32 ". |
| 0x5A | 420 | Bootloader |
| 0x1FE | 2 | Bootsignatur: 0xAA55 |
Reservierte Sektoren
Nach dem Bootsektor folgen optionale reservierte Sektoren. In diesen Sektoren kann z. B. ein Bootloader untergebracht werden, wenn der Platz im Bootsektor nicht reicht. Der Bootsektor wird von FAT zu den reservierten Sektoren dazugezählt.
File Allocation Table
In der File Allocation Table (kurz FAT) wird festgehalten, welche Cluster zu welcher Datei gehören. Wenn man das erste Cluster einer Datei hat, kann man es in der FAT nachschlagen und somit das nächste Cluster herausfinden. Außerdem kann man in der FAT leere Cluster finden, wenn man z. B. eine neue Datei anlegen will. Bei einer Beschädigung eines Clusters, kann dieses in der FAT auch als defekt markiert werden. Es wird dann nicht mehr zum Speichern von Daten verwendet.
| Bedeutung | FAT12 | FAT16 | FAT32 |
|---|---|---|---|
| Freies Cluster | 0x000 | 0x0000 | 0x00000000 |
| Defektes Cluster | 0xFF7 | 0xFFF7 | 0x0FFFFFF7 |
| letztes Cluster einer Clusterkette | 0xFF8-0xFFF | 0xFFF8-0xFFFF | 0x0FFFFFF8-0x0FFFFFFF |
| normales Cluster einer Clusterkette | - | - | - |
Bei einem normalen Cluster in einer Clusterkette gibt der Wert in der FAT das nächste Cluster +2 an. Man muss also den Wert aus der FAT nehmen, 2 subtrahieren und kann das nächste Cluster nachschlagen.
Wurzelverzeichnis
Bei FAT12 und FAT16 ist das Wurzelverzeichnis ein festgelegter Bereich auf dem Volume. Es bildet eine Tabelle aus Verzeichnis-Einträgen. Bei FAT32 wird das Wurzelverzeichnis wie jedes andere Verzeichnis auch behandelt und hat deshalb keinen festen Platz auf dem Volume.
Datei- und Verzeichnis-Datenregion
In der Datei- und Verzeichnis-Datenregion liegen die Datei- und Verzeichnis-Daten. Diese sind in Cluster verteilt. Um eine Datei Clustern zuzuordnen benutzt man die FAT.
Verzeichnis-Eintrag
Ein Verzeichnis-Eintrag enthält Meta-Daten zu einer Datei (bzw. einem Unterverzeichnis). Ein Verzeichnis-Eintrag enthält außerdem die Nummer des ersten Sektors.
| Offset | Größe | Beschreibung | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x00 | 8 | Dateiname ohne Erweiterung (mit Leerzeichen aufgefüllt). Der Dateiname darf nur aus Großbuchstaben bestehen und darf folgende Zeichen nicht enthalten: 0x22, 0x2A, 0x2B, 0x2C, 0x2E, 0x2F, 0x3A, 0x3B, 0x3C, 0x3D, 0x3E, 0x3F, 0x5B, 0x5C, 0x5D, 0x7C. | ||||||||
| 0x08 | 3 | Dateierweiterung (mit Leerzeichen aufgefüllt). Erlaubte Zeichen siehe Dateiname. | ||||||||
| 0x0B | 1 | Dateiattribute
Wenn die ersten 4 Bits (Bitmaske: 0x0F) gesetzt sind, handelt es sich um einen VFAT-Eintrag | ||||||||
| 0x0C | 1 | Reserviert | ||||||||
| 0x0D | 5 | Erstellungsdatum
| ||||||||
| 0x12 | 2 | Datum des letzten Zugriffs
| ||||||||
| 0x14 | 2 | Obere 16 bit des ersten Clusters (für FAT32) | ||||||||
| 0x16 | 4 | Datum des letzten Schreibzugriffs
| ||||||||
| 0x1A | 2 | Erstes Cluster +2 (man muss 2 subtrahieren um die eigentliche Clusternummer zu erhalten) | ||||||||
| 0x1C | 4 | Dateigröße in Bytes |
Cluster
Ein Cluster ist auf jedem Datenträger die kleinste von FAT verwaltete Einheit und besteht aus einem oder mehreren (für gewöhnlich eine Zweierpotenz) Sektoren. Bei Disketten, die mit FAT12 formatiert sind, ist ein Cluster immer ein Sektor (also für gewöhnlich 512 Byte) groß. Somit nimmt auf der Diskette jede Datei mindestens 512 Byte in Anspruch, auch wenn sie tatsächlich nur ein Byte groß ist. Eine 2312 Byte große Datei würde dort fünf Cluster belegen und fast einen halben Cluster ungenutzt lassen. Größere Massenspeicher wie heutige Festplatten sind natürlich nicht mit FAT12 formatiert, sondern meistens mit FAT32 oder NTFS. Um NTFS kümmern wir uns in diesem Artikel aber nicht. Bei FAT32 kann man 2^28 Cluster adressieren. Meistens sind bei FAT32 acht Sektoren (also für gewöhnlich 4096 Bytes) zu einem Cluster zusammengefasst, somit nimmt dort jede noch so kleine Datei mindestens 4096 Byte in Anspruch.
VFAT
VFAT (Virtual File Allocation Table) ist eine Erweiterung für FAT. Sie kommt seit Windows 95 zum Einsatz und wurde entwickelt, um lange Dateinamen nutzen zu können. Beim normalen FAT wird der Dateiname und die Erweiterung in der 8.3-Form angegeben. Bei längeren Namen benutzt VFAT einen Aliasnamen (z. B.: xxxxxx~1.xxx), dessen Nummer hochgezählt wird. Der eigentliche Name wird über mehrere Verzeichniseinträge verteilt. Ältere Systeme sehen diese als ungültig an und ignorieren sie. Der Dateiname kann so bis zu 255 Zeichen enthalten. Außerdem werden auch das Erstelldatum und das Datum des letzten Zugriffs durch VFAT gespeichert.
