3.6. Файлова система fat і управління даними в ms-dos

3.6.1. Загальна характеристика системи fat

Система FAT була розроблена для ОС MS-DOS. Це проста файлова система з сегментованим розміщенням, без багатокористувацької захисту. Структура каталогів - деревоподібна, причому на кожному дисковому томі створюється окреме дерево. Для вказівки місця розташування файлу може використовуватися його повне ім'я, що містить букву диска, шлях по дереву каталогів і власне ім'я файлу, наприклад: «C: \ UTILS \ ARCH \ RAR.EXE».

В ОС Windows також можливе використання FAT, особливо виправдане для дискет. Для жорстких дисків великого об'єму система FAT стає малоефективною і поступово витісняється більш потужною системою NTFS.

3.6.2. Структури даних на диску

Під час форматування дискети або розділу жорсткого диска в системі FAT все дисковий простір розбивається на наступні області, показані на рис. 3-2.

Рис. 3‑11

· BOOT-сектор містить основні кількісні параметри дискового тому і файлової системи, а також може містити програму початкового завантаження ОС.

· Таблиця FAT (File Allocation Table) - містить інформацію про розміщення файлів і вільного місця на диску. Зважаючи критичної важливості цієї таблиці вона завжди зберігається в двох примірниках, які мають бути ідентичні [4]. Кожна операція, що змінює вміст FAT, повинна однаковим чином змінювати обидва примірники.

· ROOT - кореневий каталог системи, що містить дані про файли та про підкаталогах верхнього рівня, кожен з яких у свою чергу може містити файли і підкаталоги.

· Область даних - масив кластерів, що містить всі файли і всі каталоги (крім кореневого).

Розглянемо докладно, як зберігається вся інформація про файл, наявна в системі FAT.

При створенні файлу в одному з каталогів файлової системи створюється запис, що зберігає основний обсяг інформації про цей файл. Кожен каталог, крім кореневого, також є файлом особливого виду, і запис про нього міститься в батьківському каталозі. Каталожна запис завжди займає 32 байти, її структура показана в табл. 3.1.

Структура записи каталога файловой системы fat

Поле записи	Размер поля (в байтах)
Имя файла	8
Расширение имени (тип файла)	3
Атрибуты (флаги)	1
Размер файла (в байтах)	4
Дата последнего изменения	2
Время последнего изменения	2
Резерв (не используется)	10
Номер первого кластера файла	2

Як видно з таблиці, ім'я файлу може займати не більше 8 символів плюс ще 3 символи розширення. На початку 80-х років здавалося, що цього цілком достатньо. Пізніше це обмеження охрестили «прокляттям 8 + 3», і позбавити від нього файлову систему FAT вдалося тільки в Windows 95.

Байт атрибутів містить набір бітів, що характеризують властивості файлу. Поряд з практично марними атрибутами «прихований», «системний» і «архівний», там містяться і важливі: «тільки для читання», «каталог» і «мітка тому». Атрибут «тільки для читання» забороняє системі видаляти файл або відкривати його для запису. Атрибут «каталог» означає, що даний запис описує не звичайний файл, а каталог. Атрибут «мітка тому» може міститися тільки в кореневому каталозі, такий запис не описує жодної файл, а замість цього містить у полях імені і розширення 11-символьну мітку (ім'я), присвоєну даному дисковому того.

В цілому, запис каталогу містить майже все, що системі відомо про файл, а якщо розмір файла не перевищує одного кластера, то повністю все. Якщо ж файл містить більше одного кластера, то номери інших можна знайти в таблиці FAT.

Таблиця FAT складається з записів, кількість яких дорівнює кількості кластерів в області даних, а розмір одного запису може бути рівний 12, 16 або 32 бітам. Відповідно говорять про різновиди файлової системи FAT-12, FAT-16 або FAT-32. Розмір запису повинен бути таким, щоб у ній можна було записати максимальний номер кластера. Наприклад, для стандартної тридюймової дискети ємністю 1.44 Мб достатньо використовувати FAT-12, оскільки це дозволяє мати 212 = 4096 кластерів (насправді, трохи менше), і навіть при кластерах розміром в 1 сектор (512 байт) цього більш ніж достатньо: 4096 '512 = 2 Мб.

Записи FAT «з історичних причин» нумеруються, починаючи з 2 і кінчаючи максимальним номером кластера, кожен запис FAT описує відповідний кластер з тим же номером. Запис може приймати наступні значення:

· Якщо кластер належить деякому файлу (або каталогу) і є останнім (або єдиним) в цьому файлі, то запис FAT містить спеціальне значення - все одиниці (FFF16 для FAT-12 або FFFF16 для FAT-16);

· Якщо кластер належить деякому файлу (або каталогу), але не є останнім у файлі, то запис FAT містить номер наступного кластера того ж файлу;

· Якщо кластер вільний, то запис містить всі нулі;

· Якщо кластер дефектний (тобто при перевірці диска з'ясувалося, що даний кластер містить хоча б один дефектний сектор), то запис містить спеціальне значення FF716 для FAT-12 або FFF716 для FAT-16.

Тепер ми знаємо, яким чином в системі FAT зберігається інформація про розміщення сегментованого файлу. Номер першого кластера файлу зберігається в записі каталогу, а інші кластери можна послідовно визначити за записами таблиці FAT.

У кожному каталозі, крім кореневого, перші два записи містять спеціальні імена: ім'я «.» Означає сам даний каталог, ім'я «..» - батьківський каталог.

3.6.3. Створення та видалення файлу

Щоб завершити вивчення структур даних системи FAT, розглянемо, як змінюються ці структури при операціях створення і видалення файлу.

Коли ОС виконує функцію створення файлу з заданим ім'ям в заданому каталозі, то вона, перш за все, знаходить даний каталог в дереві каталогів файлової системи. (Як вона його знаходить - опустимо для стислості. Спробуйте розібратися самі.) Прочитавши каталог, система перевіряє, чи немає в ньому вже записи з заданим ім'ям (тобто чи немає вже такого файлу). Якщо є, то чи не встановлений у цього файлу атрибут «тільки для читання»? Якщо встановлено, то новий файл створений бути не може, попередньо треба зняти атрибут. Якщо не встановлено, то старий файл видаляється. Потім система знаходить у каталозі вільну запис. Якщо в каталозі немає вільного місця, то він може бути збільшений ще на один кластер, цей факт відображається в таблиці FAT. Нарешті, знайшовши вільне місце, система заповнює поля запису про новий файл: його ім'я та розширення, дату і час останньої зміни, атрибути. Розмір і номер першого кластера встановлюються нульовими, тому файл поки що не містить даних.

Надалі, при виконанні першої операції запису у файл, система знайде будь-який вільний кластер по таблиці FAT, відзначить його в FAT як останній кластер файлу, заповнить номер першого кластера в каталожної записи, вносить запис і занесе кількість записаних байт в поле розміру файлу в каталозі .

При видаленні файлу насамперед за каталожною запису перевіряється, чи можна його видалити (чи не встановлений атрибут «тільки для читання»), а потім робляться дві речі:

· Перший байт імені файлу, що видаляється замінюється на спеціальний символ з кодом E516 (він відображається як російська буква «х»; ймовірно, розробники системи FAT вважали, що цей код не може зустрітися в імені файлу);

· Всі записи таблиці FAT, відповідні кластерам видаляється файлу, заповнюються нулями, тобто

кластери оголошуються вільними.

Як видно з описаної процедури, в момент видалення файлу його дані не стираються з диска, проте інформація про розміщення файлу псується. Якщо розмір файлу перевищував один кластер, то

немає гарантії, що його вдасться відновити в разі ненавмисного видалення, навіть якщо користувач схаменеться відразу ж.