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Un sistema de archivos FAT es un tipo específico de arquitectura de sistema de archivos de computadora y una familia de sistemas de archivos estándar de la industria que lo utilizan.

El sistema de archivos FAT es un sistema de archivos heredado que es simple y robusto. [3] Ofrece un buen rendimiento incluso en implementaciones muy ligeras, pero no puede ofrecer el mismo rendimiento, fiabilidad y escalabilidad que algunos sistemas de archivos modernos. Sin embargo, es compatible por razones de compatibilidad con casi todos los sistemas operativos desarrollados actualmente para computadoras personales y muchas computadoras domésticas , dispositivos móviles y sistemas integrados , y por lo tanto es un formato muy adecuado para el intercambio de datos entre computadoras y dispositivos de casi cualquier tipo y antigüedad. desde 1981 hasta la actualidad.

Diseñado originalmente en 1977 para su uso en disquetes , FAT pronto se adaptó y se usó casi universalmente en discos duros en las eras de DOS y Windows 9x durante dos décadas. Hoy en día, los sistemas de archivos FAT todavía se encuentran comúnmente en disquetes, memorias USB , flash y otras tarjetas y módulos de memoria de estado sólido , y en muchos dispositivos portátiles e integrados. DCF implementa FAT como el sistema de archivos estándar para cámaras digitales desde 1998. [4] FAT también se utiliza para la partición del sistema EFI (tipo de partición 0xEF ) en la etapa de arranque deEquipos compatibles con EFI .

Para los disquetes, FAT se ha estandarizado como ECMA -107 [5] e ISO / IEC  9293: 1994 [6] (reemplazando a ISO 9293: 1987 [7] ). Estos estándares cubren FAT12 y FAT16 con solo compatibilidad con nombres de archivo cortos de 8.3 ; Los nombres de archivo largos con VFAT están parcialmente patentados . [8] Según Google Patents, el estado de "Espacio de nombre común para nombres de archivo largos y cortos" (US5758352A) expiró en 2019, lo que puede significar que la patente ha expirado por completo. [9]

Descripción general técnica

El nombre del sistema de archivos se origina en el uso prominente del sistema de archivos de una tabla de índice, la Tabla de asignación de archivos , asignada estáticamente en el momento del formateo. La tabla contiene entradas para cada clúster , un área contigua de almacenamiento en disco. Cada entrada contiene el número del siguiente clúster del archivo o un marcador que indica el final del archivo, el espacio en disco no utilizado o áreas reservadas especiales del disco. El directorio raíz del disco contiene el número del primer grupo de cada archivo en ese directorio; el sistema operativo puede entonces atravesar la tabla FAT, buscando el número de clúster de cada parte sucesiva del archivo de disco como una cadena de clúster hasta llegar al final del archivo. De la misma manera,Los subdirectorios se implementan como archivos especiales que contienen las entradas de directorio de sus respectivos archivos.

Diseñado originalmente como un sistema de archivos de 8 bits, el número máximo de clústeres se ha incrementado significativamente a medida que evolucionan las unidades de disco, por lo que ha aumentado el número de bits utilizados para identificar cada clúster. Las sucesivas versiones principales del formato FAT reciben el nombre del número de bits de elementos de la tabla: 12 ( FAT12 ), 16 ( FAT16 ) y 32 ( FAT32 ). A excepción del precursor FAT original de 8 bits , cada una de estas variantes todavía está en uso. El estándar FAT también se ha ampliado de otras formas, manteniendo en general la compatibilidad con versiones anteriores del software existente.

Diseño

Un sistema de archivos FAT se compone de cuatro regiones:

Sectores reservados
El primer sector reservado (sector lógico 0) es el sector de arranque (también llamado Volume Boot Record o simplemente VBR ). Incluye un área llamada Bloque de parámetros de BIOS ( BPB ) que contiene información básica del sistema de archivos, en particular su tipo y punteros a la ubicación de las otras secciones, y generalmente contiene el código del cargador de arranque del sistema operativo .
Se puede acceder a la información importante del sector de arranque a través de una estructura de sistema operativo denominada Drive Parameter Block ( DPB ) en DOS y OS / 2.
El recuento total de sectores reservados se indica mediante un campo dentro del sector de arranque y suele ser 32 en sistemas de archivos FAT32. [10]
Para los sistemas de archivos FAT32, los sectores reservados incluyen un sector de información del sistema de archivos en el sector lógico 1 y un sector de arranque de respaldo en el sector lógico 6.
Si bien muchos otros proveedores han seguido utilizando una configuración de un solo sector (sector lógico 0 solamente) para el cargador de arranque, el código del sector de arranque de Microsoft ha crecido para abarcar los sectores lógicos 0 y 2 desde la introducción de FAT32, con el sector lógico 0 dependiendo de subrutinas en el sector lógico 2. El área del sector de inicio de copia de seguridad consta de tres sectores lógicos 6, 7 y 8 también. En algunos casos, Microsoft también usa el sector 12 del área de sectores reservados para un cargador de arranque extendido.
Región FAT
Por lo general, contiene dos copias de la tabla de asignación de archivos para verificar la redundancia, aunque rara vez se usa, incluso por las utilidades de reparación de discos.
Estos son mapas de la región de datos, que indican qué grupos utilizan los archivos y directorios. En FAT12 y FAT16 siguen inmediatamente los sectores reservados.
Normalmente, las copias adicionales se mantienen en estrecha sincronización en las escrituras y en las lecturas solo se utilizan cuando se producen errores en la primera FAT.
Los dos primeros grupos (grupo 0 y 1 ) del mapa contienen valores especiales.
Región del directorio raíz
Esta es una tabla de directorio que almacena información sobre los archivos y directorios ubicados en el directorio raíz. Solo se usa con FAT12 y FAT16, e impone en el directorio raíz un tamaño máximo fijo que está preasignado en la creación de este volumen. FAT32 almacena el directorio raíz en la región de datos, junto con archivos y otros directorios, lo que le permite crecer sin tal restricción. Por lo tanto, para FAT32, la región de datos comienza aquí.
Región de datos
Aquí es donde se almacenan los datos reales del archivo y directorio y ocupa la mayor parte de la partición. Tradicionalmente, las partes no utilizadas de la región de datos se inicializan con un valor de relleno de 0xF6 según la Tabla de parámetros de disco (DPT) de INT 1Eh durante el formateo en máquinas compatibles con IBM, pero también se utilizan en Atari Portfolio . Los disquetes CP / M de 8 pulgadas normalmente venían formateados previamente con un valor de 0xE5 ; [11] a través de Digital Research [12] este valor también se utilizó en disquetes formateados Atari ST . [nb 1] Amstrad usó 0xF4 en su lugar. Algunos formateadores modernos limpian los discos duros con un valor de 0x00 , mientras que un valor de 0xFF , el valor predeterminado de un bloque flash no programado, se usa en discos flash para reducir el desgaste . Este último valor también se suele utilizar en discos ROM. (Algunas herramientas de formato avanzadas permiten configurar el byte de relleno de formato. [Nb 2] )
El tamaño de los archivos y subdirectorios se puede aumentar arbitrariamente (siempre que haya clústeres libres) simplemente agregando más enlaces a la cadena del archivo en la FAT. Los archivos se asignan en unidades de clústeres, por lo que si un archivo de 1 KB reside en un clúster de 32 KB , se desperdician 31 KB .
Normalmente, FAT32 comienza la tabla de directorio raíz en el grupo número 2: el primer grupo de la región de datos.

FAT usa formato little-endian para todas las entradas en el encabezado (excepto, donde se menciona explícitamente, para algunas entradas en los sectores de arranque Atari ST) y FAT (s). [12]Es posible asignar más sectores FAT de los necesarios para el número de clústeres. El final del último sector de cada copia FAT puede quedar sin usar si no hay grupos correspondientes. El número total de sectores (como se indica en el registro de arranque) puede ser mayor que el número de sectores utilizados por los datos (clústeres × sectores por clúster), FAT (número de FAT × sectores por FAT), el directorio raíz (n / a para FAT32) y sectores ocultos, incluido el sector de arranque: esto daría como resultado sectores no utilizados al final del volumen. Si una partición contiene más sectores que el número total de sectores ocupados por el sistema de archivos, también resultará en sectores no utilizados, al final de la partición, después del volumen.

Área de sectores reservados

Sector de arranque

En dispositivos sin particiones, como disquetes , el sector de arranque ( VBR ) es el primer sector (sector lógico 0 con dirección CHS física 0/0/1 o dirección LBA 0). Para dispositivos particionados como discos duros, el primer sector es el Registro de arranque maestro que define las particiones, mientras que el primer sector de particiones formateadas con un sistema de archivos FAT es nuevamente el Sector de arranque.

La estructura común de los primeros 11 bytes utilizados por la mayoría de las versiones FAT para máquinas x86 compatibles con IBM desde DOS 2.0 son:

Los disquetes Atari ST con formato FAT tienen un diseño de sector de arranque muy similar:

Los volúmenes MSX-DOS con formato FAT12 tienen un diseño de sector de arranque muy similar:

Bloque de parámetros de BIOS

Estructura común de los primeros 25 bytes del bloque de parámetros del BIOS (BPB) utilizados por las versiones FAT desde DOS 2.0 (los bytes en el desplazamiento de sector 0x00B a 0x017 se almacenan desde DOS 2.0, pero no siempre se utilizan antes de DOS 3.2, los valores de 0x018 a 0x01B son utilizado desde DOS 3.0):

DOS 3.0 BPB:

Las siguientes extensiones se documentaron desde DOS 3.0, sin embargo, ya eran compatibles con algunos problemas de DOS 2.11. [32] MS-DOS 3.10 todavía admitía el formato DOS 2.0, pero también podía usar el formato DOS 3.0.

DOS 3.2 BPB:

Oficialmente, MS-DOS 3.20 todavía usaba el formato DOS 3.0, pero SYSya FORMATse adaptaron para admitir un formato de 6 bytes más largo (del cual no se usaron todas las entradas).

DOS 3.31 BPB:

Presentado oficialmente con DOS 3.31 y no utilizado por DOS 3.2, algunas utilidades de DOS 3.2 fueron diseñadas para conocer este nuevo formato. La documentación oficial recomienda confiar en estos valores solo si la entrada de sectores lógicos en el desplazamiento 0x013 es cero.

Una fórmula simple traduce el número de grupo dado de un volumen CNa un número de sector lógico LSN: [5] [6] [7]

  1. Determine (una vez) , dónde se almacena el recuento de sectores reservados en el desplazamiento 0x00E , el número de FAT en el desplazamiento 0x010 , los sectores por FAT en el desplazamiento 0x016 (FAT12 / FAT16) o 0x024 (FAT32), las entradas del directorio raíz en el desplazamiento 0x011 , el tamaño del sector en el desplazamiento 0x00B y se redondea a un número entero.SSA=RSC+FN×SF+ceil((32×RDE)/SS)RSCFNSFRDESSceil(x)
  2. Determine dónde se almacenan los sectores por clúster en el desplazamiento 0x00D .LSN=SSA+(CN−2)×SCSC

En los medios de comunicación sin particiones número del volumen de sectores ocultos es y por lo tanto cero LSNy LBAdirecciones convertirse en el mismo durante el tiempo que el tamaño de sector lógico de un volumen es idéntico al tamaño de sector físico del medio subyacente. En estas condiciones, también es sencillo traducir entre CHSdirecciones y LSNstambién:

LSN=SPT×(HN+(NOS×TN))+SN−1, donde los sectores por pista SPTse almacenan en el desplazamiento 0x018 y el número de lados en el desplazamiento 0x01A . El número de pista , el número de cabezal y el número de sector corresponden al sector de cabezal de cilindro : la fórmula proporciona la traducción conocida de CHS a LBA .NOSTNHNSN

Bloque de parámetros de BIOS extendido

Estructura adicional utilizada por FAT12 y FAT16 desde OS / 2 1.0 y DOS 4.0, también conocida como Bloque de parámetros de BIOS extendido (EBPB) (los bytes por debajo del desplazamiento de sector 0x024 son los mismos que para DOS 3.31 BPB):

Bloque de parámetros de BIOS extendido FAT32

En esencia FAT32 insertos de 28 bytes en el EBPb, seguido por los restantes 26 (o a veces sólo 7) EBPb bytes como se muestra arriba para FAT12 y FAT16. Los sistemas operativos de Microsoft e IBM determinan el tipo de sistema de archivos FAT utilizado en un volumen únicamente por el número de clústeres, no por el formato BPB utilizado o el tipo de sistema de archivos indicado, es decir, es técnicamente posible utilizar un "FAT32 EBPB" también para volúmenes FAT12 y FAT16, así como un EBPB DOS 4.0 para volúmenes FAT32 pequeños. Dado que se encontró que tales volúmenes fueron creados por sistemas operativos Windows bajo algunas condiciones extrañas, los sistemas operativos [nb 8] deben estar preparados para hacer frente a estas formas híbridas.

Excepciones

Las versiones de DOS anteriores a 3.2 dependían total o parcialmente del byte de descriptor de medios en el BPB o del byte de ID de FAT en el grupo 0 del primer FAT para determinar los formatos de disquete FAT12 incluso si hay un BPB presente. Dependiendo de la FAT ID encontrada y del tipo de unidad detectada, por defecto usan uno de los siguientes prototipos de BPB en lugar de usar los valores realmente almacenados en BPB. [nb 3]

Originalmente, el FAT ID estaba destinado a ser una bandera de bits con todos los bits establecidos excepto el bit 2 borrado para indicar un formato de 80 pistas (frente a 40 pistas), el bit 1 borrado para indicar un formato de 9 sectores (frente a 8 sectores), y el bit 0 se borró para indicar un formato de una cara (frente a dos caras), [14] pero este esquema no fue seguido por todos los OEM y se volvió obsoleto con la introducción de discos duros y formatos de alta densidad. Además, los distintos formatos de 8 pulgadas admitidos por 86-DOS y MS-DOS no se ajustan a este esquema.

Microsoft recomienda distinguir entre los dos formatos de 8 pulgadas para FAT ID 0xFE intentando leer una marca de dirección de densidad única. Si esto da como resultado un error, el medio debe ser de doble densidad. [30]

La tabla no enumera varios formatos de disquete FAT12 incompatibles de 8 pulgadas y 5,25 pulgadas compatibles con 86-DOS , que difieren en el tamaño de las entradas del directorio (16 bytes frente a 32 bytes) o en la extensión de la reserva reservada. área de sectores (varias pistas completas frente a un solo sector lógico).

La implementación de un formato FAT12 de 315 KB de un solo lado utilizado en MS-DOS para Apricot PC y F1e [38] tenía un diseño de sector de arranque diferente, para acomodar el BIOS no compatible con IBM de esa computadora. Se omitieron la instrucción de salto y el nombre del OEM, y los parámetros BPB de MS-DOS (compensaciones 0x00B - 0x017 en el sector de arranque estándar) se ubicaron en la compensación 0x050 . En su lugar , Portable , F1 , PC duo y Xi FD admitían un formato FAT12 de 720 KB de doble cara no estándar. [38]Las diferencias en el diseño del sector de arranque y los identificadores de medios hicieron que estos formatos fueran incompatibles con muchos otros sistemas operativos. Los parámetros de geometría para estos formatos son:

  • 315 KB: bytes por sector lógico: 512 bytes, sectores lógicos por clúster: 1, sectores lógicos reservados: 1, número de FAT: 2, entradas de directorio raíz: 128, sectores lógicos totales: 630, ID de FAT: 0xFC , sectores lógicos por FAT: 2, sectores físicos por pista: 9, número de cabezas: 1. [38] [39]
  • 720 KB: bytes por sector lógico: 512 bytes, sectores lógicos por clúster: 2, sectores lógicos reservados: 1, número de FAT: 2, entradas del directorio raíz: 176, sectores lógicos totales: 1440, ID de FAT: 0xFE , sectores lógicos por FAT: 3, sectores físicos por pista: 9, número de cabezas: 2. [38]

Las versiones posteriores de Apricot MS-DOS obtuvieron la capacidad de leer y escribir discos con el sector de arranque estándar además de aquellos con Apricot. Estos formatos también fueron compatibles con DOS Plus 2.1e / g para la serie Apricot ACT.

La adaptación de DOS Plus para BBC Master 512 admitía dos formatos FAT12 en unidades de 5,25 "de doble densidad, doble cara y 80 pistas, que no utilizaban sectores de arranque convencionales. Los discos de datos de 800 KB omitían un sector de arranque y comenzaban con una sola copia del FAT. [39] El primer byte del FAT reubicado en el sector lógico 0 se utilizó para determinar la capacidad del disco. Los discos de arranque de 640 KB comenzaron con un sistema de archivos ADFS en miniatura que contenía el cargador de arranque, seguido de un único FAT . [39] [40] Además, el formato de 640 KB difería al usar números de sector CHS físicos que comienzan con 0 (no 1, como común) y sectores incrementales en el orden sector-track-head (no sector-head-track, como común). [40]El FAT comenzó al comienzo de la siguiente pista. Estas diferencias hacen que estos formatos sean irreconocibles por otros sistemas operativos. Los parámetros de geometría para estos formatos son:

  • 800 KB: bytes por sector lógico: 1024 bytes, sectores lógicos por clúster: 1, sectores lógicos reservados: 0, número de FAT: 1, entradas de directorio raíz: 192, sectores lógicos totales: 800, ID de FAT: 0xFD , sectores lógicos por FAT: 2, sectores físicos por pista: 5, número de cabezas: 2. [39] [40]
  • 640 KB: bytes por sector lógico: 256 bytes, sectores lógicos por clúster: 8, sectores lógicos reservados: 16, número de FAT: 1, entradas del directorio raíz: 112, sectores lógicos totales: 2560, ID de FAT: 0xFF , sectores lógicos por FAT: 2, sectores físicos por pista: 16, número de cabezas: 2. [39] [40]

DOS Plus para Master 512 también podría acceder a discos de PC estándar formateados a 180 KB o 360 KB , utilizando el primer byte de la FAT en el sector lógico 1 para determinar la capacidad.

El DEC Rainbow 100 (todas las variaciones) admitía un formato FAT12 en unidades de 5,25 "de densidad cuádruple, una sola cara y 80 pistas. Las dos primeras pistas estaban reservadas para el cargador de arranque, pero no contenían ni MBR ni BPB ( MS-DOS usó un BPB estático en memoria en su lugar). El sector de arranque (pista 0, lado 0, sector 1) era código Z80 que comenzaba con DI 0xF3 . El arranque 8088 fue cargado por el Z80. Pista 1, lado 0, sector 2 comienza con el byte 0xFA de Media / FAT ID . Los discos sin formato usan 0xE5en lugar de. El sistema de archivos comienza en la pista 2, lado 0, sector 1. Hay 2 copias de FAT y 96 entradas en el directorio raíz. Además, hay un mapeo de pistas físicas a lógicas para efectuar un entrelazado de sectores 2: 1. Los discos se formatearon con los sectores físicos en el orden numerado del 1 al 10 en cada pista después de las pistas reservadas, pero los sectores lógicos del 1 al 10 se almacenaron en los sectores físicos 1, 6, 2, 7, 3, 8, 4, 9 , 5, 10. [41]

Sector de información de FS

El "FS Information Sector" se introdujo en FAT32 [42] para acelerar los tiempos de acceso de ciertas operaciones (en particular, obtener la cantidad de espacio libre). Está ubicado en un número de sector lógico especificado en el registro de inicio de FAT32 EBPB en la posición 0x030 (generalmente sector lógico 1, inmediatamente después del registro de inicio).

Los datos del sector pueden estar desactualizados y no reflejar los contenidos multimedia actuales, porque no todos los sistemas operativos actualizan o utilizan este sector, e incluso si lo hacen, los contenidos no son válidos cuando el medio ha sido expulsado sin desmontar correctamente el volumen o después de un fallo de alimentación. Por lo tanto, los sistemas operativos deben inspeccionar primero las banderas de bits de estado de apagado opcionales de un volumen que residen en la entrada FAT del clúster 1 o FAT32 EBPB en el desplazamiento 0x041 e ignorar los datos almacenados en el sector de información FS, si estas banderas de bits indican que el volumen no se ha desmontado correctamente. antes de. Esto no causa ningún problema más que una posible penalización de velocidad para la primera consulta de espacio libre o asignación de grupo de datos; ver fragmentación .

Si este sector está presente en un volumen FAT32, el tamaño mínimo de sector lógico permitido es de 512 bytes, mientras que de lo contrario sería de 128 bytes. Algunas implementaciones de FAT32 admiten una ligera variación de la especificación de Microsoft al hacer que el sector de información FS sea opcional especificando un valor de 0xFFFF [26] (o 0x0000 ) en la entrada en el desplazamiento 0x030 .

Tabla de asignación de archivos

Mapa de clúster

El área de datos de un volumen se divide en grupos de tamaño idéntico: pequeños bloques de espacio contiguo. Los tamaños de los clústeres varían según el tipo de sistema de archivos FAT que se utilice y el tamaño de la partición; los tamaños típicos de los racimos oscilan entre 2 y 32 KiB . [ cita requerida ]

Cada archivo puede ocupar uno o más clústeres según su tamaño. Por lo tanto, un archivo está representado por una cadena de clústeres (denominada lista enlazada individualmente ). Estos clústeres no se almacenan necesariamente uno junto al otro en la superficie del disco, sino que a menudo están fragmentados en toda la región de datos.

Cada versión del sistema de archivos FAT utiliza un tamaño diferente para las entradas FAT. Los números más pequeños dan como resultado una FAT más pequeña, pero desperdician espacio en particiones grandes al necesitar asignar en grupos grandes.

El sistema de archivos FAT12 utiliza 12 bits por entrada FAT, por lo que dos entradas abarcan 3 bytes. Es consistentemente little-endian : si esos tres bytes se consideran como un número little-endian de 24 bits, los 12 bits menos significativos representan la primera entrada (p. Ej., Grupo 0) y los 12 bits más significativos, la segunda (p. Ej., Grupo 1) . En otras palabras, mientras que los ocho bits bajos del primer grupo de la fila se almacenan en el primer byte, los cuatro bits superiores se almacenan en el nibble bajo del segundo byte, mientras que los cuatro bits bajos del grupo siguiente de la fila se almacenan en el nibble alto del segundo byte y sus ocho bits más altos en el tercer byte.

  • FAT ID / marcador endianness (en el grupo reservado # 0 ), con 0xF0 que indica un volumen en un no particionada superfloppy accionamiento (debe ser 0xF8 para los discos con particiones)
  • Indicadores de fin de cadena / indicadores de mantenimiento (en el grupo reservado n. ° 1 )
  • Segunda cadena (7 grupos) para un archivo no fragmentado (aquí: # 2, # 3, # 4, # 5, # 6, # 7, # 8)
  • Tercera cadena (7 grupos) para un archivo fragmentado, posiblemente desarrollado (aquí: # 9, #A, # 14, # 15, # 16, # 19, # 1A)
  • Cuarta cadena (7 grupos) para un archivo no fragmentado, posiblemente truncado (aquí: #B, #C, #D, #E, #F, # 10, # 11)
  • Clústeres vacíos (aquí: # 12, # 1B, # 1C, # 1E, # 1F)
  • Quinta cadena (1 clúster) para un subdirectorio (aquí: # 13)
  • Clústeres defectuosos (3 clústeres) (aquí: n. ° 17, n. ° 18, n. ° 1D)

El sistema de archivos FAT16 usa 16 bits por entrada FAT, por lo tanto, una entrada abarca dos bytes en orden de bytes little-endian:

El sistema de archivos FAT32 utiliza 32 bits por entrada FAT, por lo que una entrada abarca cuatro bytes en orden de bytes little-endian. Los cuatro bits superiores de cada entrada están reservados para otros fines; se borran durante el formateo y no deben cambiarse de otro modo. Deben estar enmascarados antes de interpretar la entrada como una dirección de clúster de 28 bits.

  • Primera cadena (1 clúster) para el directorio raíz, señalada por una entrada en FAT32 BPB (aquí: # 2)
  • Segunda cadena (6 grupos) para un archivo no fragmentado (aquí: # 3, # 4, # 5, # 6, # 7, # 8)

La tabla de asignación de archivos ( FAT ) es un número contiguo de sectores inmediatamente después del área de sectores reservados. Representa una lista de entradas que se asignan a cada clúster del volumen. Cada entrada registra una de cinco cosas:

  • el número de grupo del siguiente grupo en una cadena
  • una entrada especial de final de cadena de clúster ( EOC ) que indica el final de una cadena
  • una entrada especial para marcar un clúster incorrecto
  • un cero para señalar que el clúster no se utiliza

Para que las primeras versiones de DOS reconozcan el sistema de archivos, el sistema debe haberse iniciado desde el volumen o la FAT del volumen debe comenzar con el segundo sector del volumen (sector lógico 1 con dirección CHS física 0/0/2 o dirección LBA 1) , es decir, inmediatamente después del sector de arranque. Los sistemas operativos asumen esta ubicación cableada de FAT para encontrar el ID de FAT en la entrada del clúster 0 de FAT en los disquetes FAT de DOS 1.0-1.1, donde no se encuentra ningún BPB válido.

Entradas especiales

Las dos primeras entradas en un FAT almacenan valores especiales:

La primera entrada (grupo 0 en FAT) contiene el ID de FAT desde MS-DOS 1.20 y PC DOS 1.1 (valores permitidos 0xF0 - 0xFF con 0xF1 - 0xF7 reservado) en los bits 7-0, que también se copia en el BPB del sector de arranque, desplazamiento 0x015 desde DOS 2.0. Los 4 bits restantes (si FAT12), 8 bits (si FAT16) o 20 bits (si FAT32) de esta entrada son siempre 1. Estos valores se organizaron de modo que la entrada también funcionara como un final de "trap-all" -marcador de cadena para todos los grupos de datos que tienen un valor de cero. Además, para FAT ID que no sean 0xFF (y 0x00) es posible determinar el orden correcto de nibble y byte (que será) usado por el controlador del sistema de archivos, sin embargo, el sistema de archivos FAT usa oficialmente solo una representación little-endian y no hay implementaciones conocidas de variantes que usen valores big-endian en lugar de. 86-DOS 0.42 hasta MS-DOS 1.14 usaban perfiles de unidad cableados en lugar de un FAT ID, pero usaban este byte para distinguir entre medios formateados con entradas de directorio de 32 bytes o 16 bytes, como se usaban antes de 86- DOS 0.42.

La segunda entrada (grupo 1 en FAT) almacena nominalmente el marcador de fin de cadena de grupo tal como lo usa el formateador, pero normalmente siempre contiene 0xFFF / 0xFFFF / 0x0FFFFFFF , es decir, con la excepción de los bits 31-28 en FAT32 volúmenes, estos bits normalmente siempre se establecen. Sin embargo, algunos sistemas operativos de Microsoft establecen estos bits si el volumen no es el volumen que contiene el sistema operativo en ejecución (es decir, use 0xFFFFFFFF en lugar de 0x0FFFFFFF aquí). [43] (Junto con los marcadores de fin de cadena alternativos, los bits más bajos 2-0 pueden convertirse en cero para el marcador de fin de cadena más bajo permitido 0xFF8 / 0xFFF8 / 0x? FFFFFF8; El bit 3 también debe reservarse dado que los clústeres 0xFF0 / 0xFFF0 / 0x? FFFFFF0 y superiores están oficialmente reservados. Es posible que algunos sistemas operativos no puedan montar algunos volúmenes si alguno de estos bits no está configurado, por lo tanto, el marcador de fin de cadena predeterminado no debe cambiarse). Para DOS 1 y 2, la entrada se documentó como reservada para uso futuro .

Desde DOS 7.1, los dos bits más importantes de esta entrada de clúster pueden contener dos indicadores de bits opcionales que representan el estado actual del volumen en FAT16 y FAT32, pero no en los volúmenes FAT12. Estos bitflags no son compatibles con todos los sistemas operativos, pero los sistemas operativos que admiten esta función establecerían estos bits en el apagado y borrarían el bit más significativo en el inicio:
si el bit 15 (en FAT16) o el bit 27 (en FAT32) [44] no es configurado al montar el volumen, el volumen no se desmontó correctamente antes del apagado o la expulsión y, por lo tanto, se encuentra en un estado desconocido y posiblemente "sucio". [31] En volúmenes FAT32, el sector de información de servicios financieros puede contener datos desactualizados y, por lo tanto, no debe utilizarse. El sistema operativo normalmente ejecutaría SCANDISK oCHKDSK en el próximo inicio [nb 10] [44] (pero no en la inserción de medios extraíbles) para asegurar y posiblemente restablecer la integridad del volumen.
Si se borra el bit 14 (en FAT16) o el bit 26 (en FAT32) [44] , el sistema operativo ha encontrado errores de E / S de disco en el inicio, [44] una posible indicación de sectores defectuosos. Los sistemas operativos que conocen esta extensión lo interpretarán como una recomendación para realizar un escaneo de superficie ( SCANDISK ) en el próximo arranque. [31] [44] (Existe un conjunto similar de indicadores de bits en FAT12 / FAT16 EBPB en el desplazamiento 0x1A o FAT32 EBPB en el desplazamiento 0x36. Si bien los controladores del sistema de archivos pueden acceder a la entrada del clúster 1 una vez que han montado el volumen, la entrada EBPB está disponible incluso cuando el volumen no está montado y, por lo tanto, es más fácil de usar para los controladores de dispositivos de bloques de disco o las herramientas de partición).

Si el número de las grasas en el BPB no se establece en 2, la segunda entrada de clúster en el primer FAT (grupo 1) también puede reflejar el estado de un TFAT volumen para los sistemas operativos TFAT-conscientes. Si la entrada del grupo 1 en esa FAT tiene el valor 0, esto puede indicar que la segunda FAT representa el último estado de transacción válido conocido y debe copiarse sobre la primera FAT, mientras que la primera FAT debe copiarse sobre la segunda FAT si todos los bits se establecen.

Algunas implementaciones FAT12 / FAT16 no estándar utilizan la entrada cluster 1 para almacenar el cluster inicial de un directorio raíz de tamaño variable (típicamente 2 [37] ). Esto puede ocurrir cuando el número de entradas del directorio raíz en el BPB tiene un valor de 0 y no se encuentra EBPB FAT32 (no hay firma 0x29 o 0x28 en el desplazamiento 0x042 ). [27] Esta extensión, sin embargo, no es compatible con los sistemas operativos convencionales, [27] ya que entra en conflicto con otros posibles usos de la entrada del clúster 1. La mayoría de los conflictos se pueden descartar si esta extensión solo se permite para FAT12 con menos de 0xFEF y volúmenes FAT16 con menos de 0x3FEF clústeres y 2 grasas.

Debido a que estas dos primeras entradas FAT almacenan valores especiales, no hay grupos de datos 0 o 1. El primer grupo de datos (después del directorio raíz si FAT12 / FAT16) es el grupo 2, [37] marcando el comienzo del área de datos.

Valores de clúster

Valores de entrada FAT:

FAT32 usa 28 bits para números de clúster. Los 4 bits restantes en la entrada FAT de 32 bits suelen ser cero, pero están reservados y deben dejarse intactos. Un controlador de sistema de archivos FAT32 estándar o una herramienta de mantenimiento no debe depender de que los 4 bits superiores sean cero y debe eliminarlos antes de evaluar el número de clúster para hacer frente a posibles expansiones futuras donde estos bits pueden usarse para otros fines. No deben ser borrados por el controlador del sistema de archivos al asignar nuevos clústeres, pero deben borrarse durante un reformateo.

Límites de tamaño

Las variantes FAT12, FAT16, FAT16B y FAT32 de los sistemas de archivos FAT tienen límites claros basados ​​en el número de clústeres y el número de sectores por clúster (1, 2, 4, ..., 128). Para el valor típico de 512 bytes por sector:

Requisitos de FAT12: 3 sectores en cada copia de FAT por cada 1024 clústeres
Requisitos de FAT16: 1 sector en cada copia de FAT por cada 256 clústeres
Requisitos de FAT32: 1 sector en cada copia de FAT por cada 128 clústeres

Rango de FAT12: 1 a 4084 clústeres: 1 a 12 sectores por copia de FAT
Rango FAT16: 4085 a 65,524 clústeres: 16 a 256 sectores por copia de FAT
FAT32 rango: 65,525 a 268,435,444 clústeres: 512 a 2,097,152 sectores por copia de FAT

FAT12 mínimo: 1 sector por clúster × 1 clústeres = 512 bytes (0,5 KB)
FAT16 mínimo: 1 sector por clúster × 4.085 clústeres = 2.091.520 bytes (2.042,5 KB)
FAT32 mínimo: 1 sector por clúster × 65.525 clústeres = 33.548.800 bytes (32.762,5 KB)

FAT12 máximo: 64 sectores por clúster × 4.084 clústeres = 133.824.512 bytes (≈ 127 MB)
[FAT12 máximo: 128 sectores por clúster × 4.084 clústeres = 267.694.024 bytes (≈ 255 MB)]

FAT16 máximo: 64 sectores por clúster × 65.524 clústeres = 2.147.090.432 bytes (≈2,047 MB)
[FAT16 máximo: 128 sectores por clúster × 65,524 clústeres = 4294,180,864 bytes (≈4,095 MB)]

FAT32 máximo: 8 sectores por clúster × 268,435,444 clústeres = 1,099,511,578,624 bytes (≈1,024 GB)
FAT32 máximo: 16 sectores por clúster × 268,173,557 clústeres = 2,196,877,778,944 bytes (≈2,046 GB)
[FAT32 máximo: 32 sectores por clúster × 134,152,181 clústeres = 2,197,949,333,504 bytes (≈2,047 GB)]
[FAT32 máximo: 64 sectores por clúster × 67,092,469 clústeres = 2,198,486,024,192 bytes (≈2,047 GB)]
[FAT32 máximo: 128 sectores por clúster × 33,550,325 clústeres = 2,198,754,099,200 bytes (≈2,047 GB)]

Leyenda: 268435444 + 3 es 0x0FFFFFF7 , porque FAT32 versión 0 usa solo 28 bits en los números de clúster de 32 bits, los números de clúster 0x0FFFFFF7 hasta 0x0FFFFFFF señalan clústeres defectuosos o el final de un archivo, el número de clúster 0 marca un clúster libre y un clúster el número 1 no se utiliza. [37] Asimismo, 65524 + 3 es 0xFFF7 para FAT16 y 4084 + 3 es 0xFF7 para FAT12. El número de sectores por clúster es una potencia de 2 que encajan en un solo byte, el valor más pequeño es 1 ( 0x01 ), el valor más grande es 128 ( 0x80 ). Las líneas entre corchetes indican el tamaño de grupo inusual 128, y para FAT32 los tamaños de grupo mayores de lo necesario 32 o 64. [48]

Debido a que cada entrada FAT32 ocupa 32 bits (4 bytes), el número máximo de clústeres (268435444) requiere 2097152 sectores FAT para un tamaño de sector de 512 bytes. 2097152 es 0x200000 y el almacenamiento de este valor necesita más de dos bytes. Por lo tanto, FAT32 introdujo un nuevo valor de 32 bits en el sector de arranque FAT32 inmediatamente después del valor de 32 bits para el número total de sectores introducidos en la variante FAT16B.

Las extensiones de registro de arranque introducidas con DOS 4.0 comienzan con un mágico 40 ( 0x28 ) o 41 ( 0x29 ). Por lo general, los controladores FAT solo miran la cantidad de clústeres para distinguir FAT12, FAT16 y FAT32: las cadenas legibles por humanos que identifican la variante FAT en el registro de inicio se ignoran, porque existen solo para medios formateados con DOS 4.0 o posterior.

Determinar el número de entradas de directorio por clúster es sencillo. Cada entrada ocupa 32 bytes; esto da como resultado 16 entradas por sector para un tamaño de sector de 512 bytes. El comando DOS 5 RMDIR/ RDelimina las entradas iniciales " ." (este directorio) y " .." (directorio principal) en los subdirectorios directamente, por lo tanto, el tamaño de sector 32 en un disco RAM es posible para FAT12, pero requiere 2 o más sectores por clúster. Un sector de arranque FAT12 sin las extensiones DOS 4 necesita 29 bytes antes del primer número innecesario de sectores ocultos FAT16B de 32 bits, esto deja tres bytes para el código de arranque (en un disco RAM sin usar) y el mágico 0x55 0xAA al final de todo sectores de arranque. En Windows NT, el tamaño de sector más pequeño admitido es 128.

En los sistemas operativos Windows NT , las FORMATopciones de comando /A:128Ky /A:256Kcorresponden al tamaño máximo del clúster 0x80(128) con un tamaño de sector de 1024 y 2048, respectivamente. Para el tamaño de sector común, 512 /A:64Kproduce 128 sectores por clúster.

Ambas ediciones de cada ECMA-107 [5] e ISO / IEC 9293 [6] [7] especifican un número máximo de clúster MAX determinado por la fórmula , y reservan números de clúster hasta 4086 ( 0xFF6 , FAT12) y posteriores 65526 ​​( 0xFFF6 , FAT16 ) para una futura estandarización.MAX=1+trunc((TS-SSA)/SC)MAX+1

La especificación EFI FAT32 de Microsoft [10] establece que cualquier sistema de archivos FAT con menos de 4085 clústeres es FAT12, de lo contrario, cualquier sistema de archivos FAT con menos de 65525 clústeres es FAT16 y, de lo contrario, es FAT32. La entrada para el clúster 0 al comienzo de la FAT debe ser idéntica al byte del descriptor de medios que se encuentra en el BPB, mientras que la entrada para el clúster 1 refleja el valor de fin de cadena utilizado por el formateador para las cadenas de clústeres ( 0xFFF , 0xFFFF o 0x0FFFFFFF ). Las entradas para los números de grupo 0 y 1 terminan en un límite de bytes incluso para FAT12, por ejemplo, 0xF9FFFF para el descriptor de medios 0xF9 .

El primer grupo de datos es 2, [37] y, en consecuencia, el último grupo MAXobtiene un número MAX+1. Esto da como resultado los números de grupo de datos 2 ... 4085 ( 0xFF5 ) para FAT12, 2 ... 65525 ( 0xFFF5 ) para FAT16 y 2 ... 268435445 ( 0x0FFFFFF5 ) para FAT32.

Por lo tanto, los únicos valores disponibles reservados para una futura estandarización son 0xFF6 (FAT12) y 0xFFF6 (FAT16). Como se indica a continuación, "menos de 4085" también se usa para implementaciones de Linux, [46] o como dice la especificación FAT de Microsoft : [10]

... cuando dice <, no significa <=. Tenga en cuenta también que los números son correctos. El primer número de FAT12 es 4085; el segundo número para FAT16 es 65525. Estos números y los signos "<" no son incorrectos.

Fragmentación

El sistema de archivos FAT no contiene mecanismos integrados que eviten que los archivos recién escritos se esparzan por la partición. [49] En los volúmenes en los que los archivos se crean y eliminan con frecuencia o su longitud cambia con frecuencia, el medio se fragmentará cada vez más con el tiempo.

Si bien el diseño del sistema de archivos FAT no causa ninguna sobrecarga organizativa en las estructuras de disco ni reduce la cantidad de espacio de almacenamiento libre con una mayor cantidad de fragmentación , como ocurre con la fragmentación externa, el tiempo necesario para leer y escribir archivos fragmentados aumentará ya que el sistema operativo tendrá que seguir las cadenas del clúster en la FAT (y las partes deben cargarse primero en la memoria, en particular en grandes volúmenes) y leer los datos correspondientes dispersos físicamente todo el medio reduce las posibilidades de que el controlador de dispositivo de bloque de bajo nivel realice E / S de disco multisectorial o inicie transferencias DMA más grandes, lo que aumenta efectivamente la sobrecarga del protocolo de E / S, así como el movimiento del brazo y los tiempos de asentamiento de la cabeza dentro de la unidad de disco. Además, las operaciones de archivos se volverán más lentas con la creciente fragmentación, ya que el sistema operativo tarda cada vez más en encontrar archivos o clústeres libres.

Otros sistemas de archivos, por ejemplo, HPFS o exFAT , utilizan mapas de bits de espacio libre que indican los clústeres usados ​​y disponibles, que luego se pueden buscar rápidamente para encontrar áreas contiguas libres. Otra solución es la vinculación de todos los clústeres libres en una o más listas (como se hace en los sistemas de archivos Unix). En cambio, la FAT debe escanearse como una matriz para encontrar clústeres libres, lo que puede conducir a penalizaciones de rendimiento con discos grandes.

De hecho, buscar archivos en subdirectorios grandes o calcular el espacio libre en disco en volúmenes FAT es una de las operaciones más intensivas en recursos, ya que requiere leer las tablas de directorio o incluso todo el FAT de forma lineal. Dado que la cantidad total de clústeres y el tamaño de sus entradas en la FAT todavía era pequeña en los volúmenes FAT12 y FAT16, esto aún podría tolerarse en los volúmenes FAT12 y FAT16 la mayor parte del tiempo, teniendo en cuenta que la introducción de estructuras de disco más sofisticadas habría también aumentó la complejidad y la huella de memoria de los sistemas operativos en modo real con sus requisitos mínimos de memoria total de 128 KB o menos (como con DOS) para los cuales FAT se diseñó y optimizó originalmente.

Con la introducción de FAT32, los tiempos de búsqueda y escaneo prolongados se hicieron más evidentes, particularmente en volúmenes muy grandes. Una posible justificación sugerida por Raymond Chen de Microsoft para limitar el tamaño máximo de las particiones FAT32 creadas en Windows fue el tiempo necesario para realizar una " DIR" operación, que siempre muestra el espacio libre en disco como última línea. [50]Mostrar esta línea tomó cada vez más tiempo a medida que aumentaba el número de grupos. Por lo tanto, FAT32 introdujo un sector de información del sistema de archivos especial en el que la cantidad de espacio libre calculada previamente se conserva durante los ciclos de encendido, de modo que el contador de espacio libre debe recalcularse solo cuando un medio extraíble formateado FAT32 se expulsa sin primero desmontarlo o si el sistema se apaga sin apagar correctamente el sistema operativo, un problema principalmente visible en las PC anteriores al estilo ATX , en sistemas DOS simples y en algunos productos de consumo que funcionan con baterías.

Con los enormes tamaños de clúster (16 KB, 32 KB, 64 KB) forzados por particiones FAT más grandes, la fragmentación interna en forma de desperdicio de espacio en disco debido a la holgura del archivo debido a la proyección del clúster (ya que los archivos rara vez son múltiplos exactos del tamaño del clúster) comienza a ser un problema también, especialmente cuando hay una gran cantidad de archivos pequeños.

Se han diseñado varias optimizaciones y ajustes en la implementación de controladores del sistema de archivos FAT, controladores de dispositivos de bloque y herramientas de disco para superar la mayoría de los cuellos de botella de rendimiento en el diseño inherente del sistema de archivos sin tener que cambiar el diseño de las estructuras en el disco. [51] [52] Se pueden dividir en métodos en línea y fuera de línea y funcionan tratando de evitar la fragmentación en el sistema de archivos en primer lugar, implementando métodos para hacer frente mejor a la fragmentación existente y reordenando y optimizando el estructuras en disco. Con optimizaciones implementadas, el rendimiento en volúmenes FAT a menudo puede alcanzar el de sistemas de archivos más sofisticados en escenarios prácticos, mientras que al mismo tiempo conserva la ventaja de ser accesible incluso en sistemas muy pequeños o antiguos.

DOS 3.0 y versiones posteriores no reutilizarán inmediatamente el espacio en disco de los archivos eliminados para nuevas asignaciones, sino que buscarán el espacio no utilizado anteriormente antes de comenzar a usar el espacio en disco de los archivos eliminados anteriormente también. Esto no solo ayuda a mantener la integridad de los archivos eliminados durante el mayor tiempo posible, sino que también acelera la asignación de archivos y evita la fragmentación, ya que nunca antes el espacio en disco asignado siempre está sin fragmentar. DOS logra esto manteniendo un puntero al último clúster asignado en cada volumen montado en la memoria y comienza a buscar espacio libre desde esta ubicación hacia arriba en lugar de al comienzo de la FAT, como todavía lo hacía DOS 2.x. [20]Si se alcanza el final de la FAT, se reiniciará para continuar la búsqueda al comienzo de la FAT hasta que se haya encontrado espacio libre o se haya alcanzado nuevamente la posición original sin haber encontrado espacio libre. [20] Estos punteros se inicializan para señalar el inicio de las FAT después del arranque, [20] pero en los volúmenes FAT32, DOS 7.1 y superiores intentarán recuperar la última posición del Sector de Información FS . Sin embargo, este mecanismo se vence si una aplicación a menudo elimina y vuelve a crear archivos temporales, ya que el sistema operativo intentaría mantener la integridad de los datos vacíos de manera efectiva, causando más fragmentación al final. [20] En algunas versiones de DOS, el uso de una función API especial para crear archivos temporales se puede utilizar para evitar este problema.

Además, las entradas de directorio de los archivos eliminados se marcarán como 0xE5 desde DOS 3.0. [11] DOS 5.0 y versiones posteriores comenzarán a reutilizar estas entradas solo cuando las entradas de directorio no utilizadas anteriormente se hayan agotado en la tabla y el sistema tendría que expandir la tabla en caso contrario. [13]

Desde DOS 3.3, el sistema operativo proporciona medios para mejorar el rendimiento de las operaciones de archivos FASTOPENmediante el seguimiento de la posición de los archivos o directorios abiertos recientemente en varias formas de listas (MS-DOS / PC DOS) o tablas hash (DR-DOS), lo que puede reducir significativamente la búsqueda de archivos y los tiempos de apertura. Antes de DOS 5.0, se debe tener especial cuidado al utilizar dichos mecanismos junto con el software de desfragmentación del disco sin pasar por el sistema de archivos o los controladores del disco.

Windows NT asignará espacio en disco a los archivos en FAT de antemano, seleccionando grandes áreas contiguas, pero en caso de falla, los archivos que se estaban agregando aparecerán más grandes de lo que nunca se escribieron, con una gran cantidad de datos aleatorios al final.

Otros mecanismos de alto nivel pueden leer y procesar partes más grandes o la FAT completa al inicio o bajo demanda cuando sea necesario y construir dinámicamente representaciones de árbol en memoria de las estructuras de archivos del volumen diferentes de las estructuras en disco. [51] [52]Esto puede, en volúmenes con muchos clústeres libres, ocupar incluso menos memoria que una imagen de la propia FAT. En particular, en volúmenes muy fragmentados o llenos, las búsquedas se vuelven mucho más rápidas que con los escaneos lineales sobre la FAT real, incluso si una imagen de la FAT se almacena en la memoria. Además, al operar en el nivel lógicamente alto de archivos y cadenas de clústeres en lugar de en el nivel de sector o pista, es posible evitar cierto grado de fragmentación de archivos en primer lugar o llevar a cabo la desfragmentación de archivos local y el reordenamiento de las entradas de directorio en función de sus nombres o patrones de acceso en segundo plano.

Algunos de los problemas percibidos con la fragmentación de los sistemas de archivos FAT también son el resultado de las limitaciones de rendimiento de los controladores de dispositivos de bloque subyacentes , que se vuelven más visibles cuanto menos memoria está disponible para el almacenamiento en búfer de sectores y el bloqueo / desbloqueo de pistas:

Si bien el DOS de una sola tarea tenía disposiciones para lecturas multisectoriales y bloqueo / desbloqueo de pistas, el sistema operativo y la arquitectura tradicional de disco duro de PC ( solo una solicitud de entrada / salida pendiente a la vez y sin transferencias DMA ) originalmente no contenían mecanismos lo que podría aliviar la fragmentación mediante la obtención previa asincrónica de los datos siguientes mientras la aplicación procesaba los fragmentos anteriores. Estas funciones estuvieron disponibles más tarde. Las versiones posteriores de DOS también proporcionaron soporte integrado para el almacenamiento en búfer de sectores de anticipación y vinieron con programas de almacenamiento en caché de disco cargables dinámicamente que funcionan a nivel de sector físico o lógico, a menudo utilizando memoria EMS o XMS y, a veces, proporcionando estrategias de almacenamiento en caché adaptativas o incluso ejecutadas enmodo protegido a través de DPMS o Cloaking para aumentar el rendimiento al obtener acceso directo a los datos almacenados en caché en la memoria lineal en lugar de a través de las API de DOS convencionales.

El almacenamiento en caché de escritura diferida a menudo no estaba habilitado de forma predeterminada con el software de Microsoft (si estaba presente) debido al problema de pérdida de datos en caso de una falla de energía o falla, facilitado por la falta de protección de hardware entre las aplicaciones y el sistema.

Tabla de directorio

Una tabla de directorio es un tipo especial de archivo que representa un directorio (también conocido como carpeta). Desde 86-DOS 0.42 , [53] cada archivo o subdirectorio (desde MS-DOS 1.40 y PC DOS 2.0) almacenado en él está representado por una entrada de 32 bytes en la tabla. Cada entrada registra el nombre, extensión, atributos ( archivo , directorio, oculto, solo lectura, sistema y volumen), la dirección del primer grupo de datos del archivo / directorio, el tamaño del archivo / directorio y la fecha [ 53] y (desde PC DOS 1.1) también la hora de la última modificación. Las versiones anteriores de 86-DOS usaban solo entradas de directorio de 16 bytes, sin admitir archivos de más de 16 MB y sin fecha de la última modificación. [53]

Aparte de la tabla del directorio raíz en los sistemas de archivos FAT12 y FAT16, que ocupa la ubicación especial de la región del directorio raíz , todas las tablas de directorio se almacenan en la región de datos. El número real de entradas en un directorio almacenado en la región de datos puede crecer agregando otro clúster a la cadena en la FAT.

El sistema de archivos FAT en sí no impone ningún límite en la profundidad de un árbol de subdirectorios mientras haya grupos libres disponibles para asignar los subdirectorios, sin embargo, la Estructura de directorio actual (CDS) interna en MS-DOS / PC DOS limita la ruta absoluta de un directorio a 66 caracteres (incluida la letra de la unidad, pero excluyendo el delimitador de bytes NUL), [5] [6] [7] limitando así la profundidad máxima admitida de subdirectorios a 32, lo que ocurra antes. DOS simultáneos, DOS multiusuario y DR DOS 3.31 a 6.0 (hasta incluir las actualizaciones de 1992-11) no almacenan rutas absolutas a directorios de trabajo internamente y, por lo tanto, no muestran esta limitación. [54]Lo mismo se aplica a Atari GEMDOS, pero Atari Desktop no admite más de 8 niveles de subdirectorio. La mayoría de las aplicaciones que conocen esta extensión admiten rutas de hasta al menos 127 bytes. FlexOS, 4680 OS y 4690 OS también admiten una longitud de hasta 127 bytes, lo que permite profundidades de hasta 60 niveles. [55] PalmDOS, DR DOS 6.0 (desde BDOS 7.1) y superior, Novell DOS y OpenDOS tienen un CDS compatible con MS-DOS y, por lo tanto, tienen los mismos límites de longitud que MS-DOS / PC DOS.

Cada entrada puede ir precedida de "entradas falsas" para admitir un nombre de archivo largo VFAT (LFN); ver más abajo.

Los caracteres legales para los nombres de archivo cortos de DOS incluyen los siguientes:

  • Letras mayúsculas A-Z
  • Números 0-9
  • Espacio (aunque los espacios finales en el nombre base o la extensión se consideran como relleno y no como parte del nombre del archivo; también los nombres de archivo con espacio en ellos no se podían usar fácilmente en la línea de comandos de DOS antes de Windows 95 debido a la falta de un sistema de escape adecuado ). Otra excepción son los comandos internos MKDIR/ MDy RMDIR/ RDbajo DR-DOS que aceptan argumentos únicos y, por lo tanto, permiten introducir espacios.
  • ! # $ % & ' ( ) - @ ^ _ ` { } ~
  • Caracteres 128–228
  • Caracteres 230-255

Esto excluye los siguientes caracteres ASCII :

  • " * / : < > ? \ |
    Windows / MS-DOS no tiene carácter de escape de shell
  • + , . ; = [ ]
    Permitido solo en nombres de archivo largos
  • Letras minúsculas a- z
    Almacenado como A- Z; permitido en nombres de archivo largos
  • Caracteres de control 0–31
  • Carácter 127 (DEL)

El carácter 229 ( 0xE5 ) no se permitió como primer carácter en un nombre de archivo en DOS 1 y 2 debido a su uso como marcador de entrada libre. Se agregó un caso especial para sortear esta limitación con DOS 3.0 y superior.

Los siguientes caracteres adicionales están permitidos en GEMDOS de Atari, pero deben evitarse por compatibilidad con MS-DOS / PC DOS:

  • " + , ; < = > [ ] |

El punto y coma ( ;) debe evitarse en los nombres de archivo bajo DR DOS 3.31 y superior, PalmDOS, Novell DOS, OpenDOS, DOS concurrentes, DOS multiusuario, System Manager y REAL / 32, porque puede entrar en conflicto con la sintaxis para especificar contraseñas de archivos y directorios: " ...\DIRSPEC.EXT;DIRPWD\FILESPEC.EXT;FILEPWD". El sistema operativo eliminará un punto y coma [54] (y también dos, desde DR-DOS 7.02) y las contraseñas pendientes de los nombres de archivo antes de almacenarlos en el disco. (El procesador de comandos 4DOS usa punto y coma para las listas de inclusión y requiere que el punto y coma se duplique para los archivos protegidos por contraseña con cualquier comando que admita comodines. [54] )

@Muchos comandos DR-DOS, PalmDOS, Novell DOS, OpenDOS y Multiuser DOS, System Manager y REAL / 32, así como 4DOS usan el carácter de signo de arroba ( ) para listas de archivos y, por lo tanto, a veces puede ser difícil de usar en nombres de archivos . [54]

Bajo Multiusuario DOS y REAL / 32, el signo de exclamación (!) No es un carácter de nombre de archivo válido ya que se utiliza para separar varios comandos en una sola línea de comandos. [54]

En IBM 4680 OS y 4690 OS, los siguientes caracteres no están permitidos en los nombres de archivo:

  • ? * : . ; , [ ] ! + = < > " - / \ |

Además, los siguientes caracteres especiales no están permitidos en el primer, cuarto, quinto y octavo carácter de un nombre de archivo, ya que entran en conflicto con el procesador de comandos del host (HCP) y los nombres de archivo de creación de la tabla de secuencia de entrada:

  • @ # ( ) { } $ &

Los nombres de archivo de DOS están en el juego de caracteres OEM actual : esto puede tener efectos sorprendentes si los caracteres manejados de una manera para una página de códigos dada se interpretan de manera diferente para otra página de códigos (comando de DOS CHCP) con respecto a minúsculas y mayúsculas, ordenación o validez como carácter de nombre de archivo.

Entrada de directorio

Antes de que Microsoft agregara soporte para nombres de archivo largos y marcas de tiempo de creación / acceso, otros sistemas operativos usaban los bytes 0x0C - 0x15 de la entrada del directorio para almacenar metadatos adicionales, más notablemente los sistemas operativos de la familia Digital Research, contraseñas de archivos almacenados, derechos de acceso, ID de propietario y datos de eliminación de archivos allí. Si bien las extensiones más nuevas de Microsoft no son totalmente compatibles con estas extensiones de forma predeterminada, la mayoría de ellas pueden coexistir en implementaciones FAT de terceros (al menos en volúmenes FAT12 y FAT16).

Las entradas de directorio de 32 bytes, tanto en la región del directorio raíz como en los subdirectorios, tienen el siguiente formato (consulte también 8.3 nombre de archivo ):

Los sistemas operativos basados ​​en FlexOS IBM 4680 OS e IBM 4690 OS admiten atributos de distribución únicos almacenados en algunos bits de las áreas previamente reservadas en las entradas del directorio: [68]

  1. Local: no distribuya el archivo, manténgalo solo en el controlador local. [nb 14]
  2. Archivo espejo al actualizar: distribuya el archivo al servidor solo cuando el archivo se actualice.
  3. Archivo espejo al cerrar: distribuye el archivo al servidor solo cuando el archivo está cerrado.
  4. Archivo compuesto al actualizar: distribuya el archivo a todos los controladores cuando se actualice el archivo.
  5. Archivo compuesto al cerrar: distribuye el archivo a todos los controladores cuando se cierra el archivo. [69]

Algunas extensiones incompatibles que se encuentran en algunos sistemas operativos incluyen:

Nombres largos de archivos VFAT

Estructura de directorio FAT32 con tres archivos, dos de los cuales usan nombres de archivo largos VFAT.

Los nombres de archivo largos de VFAT (LFN) se almacenan en un sistema de archivos FAT mediante un truco: agregar entradas adicionales al directorio antes de la entrada de archivo normal. Las entradas adicionales están marcadas con los atributos Etiqueta de volumen, Sistema, Oculto y Solo lectura (produciendo 0x0F), que es una combinación que no se espera en el entorno MS-DOS y, por lo tanto, los programas de MS-DOS y las utilidades de terceros la ignoran. En particular, un directorio que contiene solo etiquetas de volumen se considera vacío y puede eliminarse; tal situación aparece si los archivos creados con nombres largos se eliminan de DOS sin formato. Este método es muy similar al método DELWATCH para utilizar el atributo de volumen para ocultar archivos de eliminación pendientes para una posible recuperación futura desde DR DOS 6.0 (1991) y superior. También es similar a un método discutido públicamente para almacenar nombres largos de archivos en Ataris y bajo Linux en 1992. [70] [71]

Debido a que las versiones anteriores de DOS podían confundir los nombres de LFN en el directorio raíz con la etiqueta de volumen, VFAT fue diseñado para crear una etiqueta de volumen en blanco en el directorio raíz antes de agregar cualquier entrada de nombre LFN (si aún no existía una etiqueta de volumen). [nb 13]

Cada entrada falsa puede contener hasta 13 caracteres UCS-2 (26 bytes) mediante el uso de campos en el registro que contienen el tamaño del archivo o las marcas de tiempo (pero no el campo del clúster inicial, por compatibilidad con las utilidades del disco, el campo del clúster inicial se establece en un valor de 0. Consulte el nombre de archivo 8.3 para obtener más explicaciones). Se pueden encadenar hasta 20 de estas entradas de 13 caracteres, admitiendo una longitud máxima de 255 caracteres UCS-2. [61]

Después del último carácter UCS-2 , se agrega un 0x0000 . Los caracteres restantes no utilizados se rellenan con 0xFFFF .

Las entradas LFN utilizan el siguiente formato:

Si se requieren varias entradas LFN para representar un nombre de archivo, la entrada que representa el final del nombre de archivo es lo primero. El número de secuencia de esta entrada tiene el bit 6 ( 0x40 ) establecido para representar que es la última entrada lógica LFN y tiene el número de secuencia más alto. El número de secuencia disminuye en las siguientes entradas. La entrada que representa el inicio del nombre de archivo tiene el número de secuencia 1. Se utiliza un valor de 0xE5 para indicar que la entrada se ha eliminado.

En los volúmenes FAT12 y FAT16, las pruebas para que los valores en 0x1A sean cero y en 0x1C sean distintos de cero se pueden usar para distinguir entre VFAT LFN y archivos de eliminación pendientes en DELWATCH.

Por ejemplo, un nombre de archivo como "Archivo con un nombre de archivo muy largo.ext" tendría el siguiente formato:

Una suma de comprobación también permite verificar si un nombre de archivo largo coincide con el nombre 8.3; tal desajuste podría ocurrir si un archivo se elimina y se vuelve a crear usando DOS en la misma posición del directorio. La suma de comprobación se calcula utilizando el algoritmo siguiente. (pFCBName es un puntero al nombre tal como aparece en una entrada de directorio normal, es decir, los primeros ocho caracteres son el nombre del archivo y los últimos tres son la extensión. El punto es implícito. Cualquier espacio no utilizado en el nombre del archivo se rellena con caracteres de espacio (ASCII 0x20 ). Por ejemplo, "Readme.txt" sería " ".)README␠␠TXT

 carácter  sin firmar lfn_checksum ( carácter sin firmar const  * pFCBName ) { int i ; unsigned char suma = 0 ;          para  ( i  =  11 ;  i ;  i - )  suma  =  (( suma  &  1 )  <<  7 )  +  ( suma  >>  1 )  +  * pFCBName ++ ; devolución de  suma ; }

Si un nombre de archivo contiene solo letras minúsculas, o es una combinación de un nombre de base en minúsculas con una extensión en mayúsculas , o viceversa; y no tiene caracteres especiales, y se ajusta a los límites de 8.3, no se crea una entrada VFAT en Windows NT y versiones posteriores de Windows como XP. En su lugar, se utilizan dos bits en el byte 0x0C de la entrada del directorio para indicar que el nombre del archivo debe considerarse total o parcialmente en minúsculas. Específicamente, el bit 4 significa una extensión en minúsculas y el bit 3 un nombre de base en minúsculas , lo que permite combinaciones como " " o " " pero no "example.TXTHELLO.txtMixed.txt". Pocos otros sistemas operativos lo admiten. Esto crea un problema de compatibilidad con versiones anteriores de Windows (Windows 95/98/98 SE / ME) que ven nombres de archivos en mayúsculas si se ha utilizado esta extensión y, por lo tanto, pueden cambiar el nombre de un archivo cuando se transporta entre sistemas operativos, como en una unidad flash USB. Las versiones actuales 2.6.x de Linux reconocerán esta extensión al leer (fuente: kernel 2.6.18 /fs/fat/dir.cy fs/vfat/namei.c); la opción de montaje shortnamedetermina si esta característica es utilizado al escribir. [72]

Ver también

  • Comparación de sistemas de archivos
  • Asignación de letra de unidad
  • exFAT
  • Registro de arranque extendido (EBR)
  • Sistema de archivos FAT y Linux
  • Lista de sistemas de archivos
  • Registro de arranque maestro (MBR)
  • Tipo de partición
  • Cronología de los sistemas operativos DOS
  • Sistema de archivos FAT seguro para transacciones
  • Turbo FAT
  • Registro de arranque por volumen (VBR)

Notas

  1. ^ a b Esta es la razón por la que 0xE5 tenía un significado especial en las entradas del directorio.
  2. ^ a b c Una utilidad que ofrece una opción para especificar el valor de relleno de formato deseado para los discos duros es FDISK R2.31 de DR-DOS con su parámetro de borrado opcional /W:246. A diferencia de otras utilidades de FDISK , DR-DOS FDISK no es solo una herramienta de partición, sino que también puede formatear particiones recién creadas como FAT12 , FAT16 o FAT32 . Esto reduce el riesgo de formatear accidentalmente volúmenes incorrectos.
  3. ^ Un b c Para una máxima compatibilidad con MS-DOS / PC DOS y DR-DOS, sistemas operativos intentan determinar el formato de un disquete debe probar en todas las secuencias de código de operación mencionadas en el sector de desplazamiento 0x000 en adición a la búsqueda de un byte de descriptor de medios válido en sector compensó 0x015 antes de asumir la presencia de un BPB . Aunque los disquetes de PC DOS 1.0 no contienen un BPB, también comienzan con 0xEB , pero no muestran un 0x90 en el desplazamiento 0x002 . Los disquetes de PC DOS 1.10 incluso comienzan con 0xEB 0x ?? 0x90, aunque todavía no cuentan con BPB. En ambos casos, una prueba para un descriptor de medios válido en el desplazamiento 0x015 fallaría (valor 0x00 en lugar de descriptores de medios válidos 0xF0 y superior). Si estas pruebas fallan, DOS comprueba la presencia de un byte de descriptor de medios en el primer byte del primer FAT en el sector que sigue al sector de arranque (sector lógico 1 en disquetes FAT12 / FAT16).
  4. ^ a b c d e La firma en el desplazamiento 0x1FE en los sectores de arranque es 0x55 0xAA , es decir, 0x55 en el desplazamiento 0x1FE y 0xAA en el desplazamiento 0x1FF . Dado que la representación little-endian debe asumirse en el contexto de máquinas compatibles con IBM PC , esto se puede escribir como palabra de 16 bits 0xAA55 en programas para procesadores x86 (tenga en cuenta el orden intercambiado), mientras que debería escribirse como 0x55AA en programas para otras arquitecturas de CPU usando un big-endianrepresentación. Dado que esto se ha mezclado varias veces en libros e incluso en documentos de referencia originales de Microsoft, este artículo utiliza la representación en disco basada en el desplazamiento de bytes para evitar posibles malas interpretaciones.
  5. ^ a b c La entrada de suma de comprobación en los sectores de arranque de Atari contiene el valor de alineación, no el valor mágico en sí. El valor mágico 0x1234 no se almacena en ningún lugar del disco. A diferencia de los procesadores Intel x86 , los procesadores Motorola 680x0 que se utilizan en las máquinas Atari utilizan una representación de memoria big-endian y, por lo tanto, se debe suponer una representación big-endian al calcular la suma de comprobación. Como consecuencia de esto, para el código de verificación de suma de comprobación que se ejecuta en máquinas x86, los pares de bytes deben intercambiarse antes de la adición de 16 bits.
  6. ^ DR-DOS puede arrancar desde medios con sectores lógicos FAT12 / FAT16 con tamaños de sectores lógicos de hasta 1024 bytes.
  7. ^ a b Las siguientes funciones de DOS devuelven estos valores de registro: INT 21h / AH = 2Ah "Obtener la fecha del sistema" devolvió los valores: CX = año ( 1980 .. 2099 ), DH = mes (1..12), DL = día ( 1..31). INT 21h / AH = 2Ch "Obtener la hora del sistema" valores devueltos: CH = hora (0..23), CL = minuto (0..59), DH = segundo (0..59), DL = 1/100 segundos (0..99).
  8. ^ Se ha observado que Windows XP crea estos discos híbridos al reformatear discos ZIP-100 con formato FAT16B a formato FAT32. Los volúmenes resultantes eran FAT32 por formato, pero aún usaban el FAT16B EBPB. (No está claro cómo Windows determina la ubicación del directorio raíz en los volúmenes FAT32, si solo se utilizó un EBPB FAT16).
  9. ^ Para admitir la coexistencia de DR-DOS con PC DOS y múltiples instalaciones paralelas de DR-DOS, la extensión delIBMBIO␠␠COMnombre del archivo de inicio "" predeterminadose puede cambiar usando laSYS /DR:extopción, donde ext representa la nueva extensión. Otros posibles nombres de archivo de arranque de DR-DOS que se esperan en escenarios especiales son "DRBIOS␠␠SYS", "DRDOS␠␠␠SYS", "IO␠␠␠␠␠␠SYS", "JO␠␠␠␠␠␠SYS".
  10. ^ Si el indicador de apagado incorrecto de un volumen aún se borra durante el inicio, el volumen no se ha desmontado correctamente. Esto, por ejemplo, haría que Windows 98 WIN.COM iniciara SCANDISK para buscar y reparar posibles errores del sistema de archivos lógicos. Si se borra el indicador de sector defectuoso, también se forzará la realización de un escaneo de superficie. Esto se puede desactivar configurando AUTOSCAN = 0 en la sección [OPCIONES] delarchivo MSDOS.SYS .
  11. ^ a b c d Consulte otros enlaces para conocer las precauciones especiales con respecto a las apariciones de un valor de clúster de 0xFF0 en volúmenes FAT12 en MS-DOS / PC DOS 3.3 y superior.
  12. ^ a b Algunas versiones de FORMAT desde MS-DOS 1.25 y PC DOS 2.0 admitían una opción /O(para el antiguo ) para llenar el primer byte de todas las entradas del directorio con 0xE5 en lugar de utilizar el marcador final 0x00 . De este modo. el volumen permaneció accesible en PC DOS 1.0 - 1.1 , mientras que el formateo tomó algo más de tiempo y las versiones más nuevas de DOS no pudieron aprovechar la considerable aceleración causada por el uso del marcador final 0x00 .
  13. ^ a b Para evitar una posible interpretación errónea de las etiquetas de volumen de directorio con entradas VFAT LFN por sistemas operativos no compatibles con VFAT, se sabe que las herramientas DR-DOS 7.07 FDISK y FORMAT escriben explícitamente NO␠NAME␠␠␠␠etiquetas de volumen de directorio " " ficticias si el usuario omite ingresar un volumen etiqueta. El sistema operativo internamente devolvería la misma cadena de forma predeterminada si no se pudiera encontrar una etiqueta de volumen de directorio en la raíz de un volumen, pero sin una etiqueta de volumen real almacenada como la primera entrada (después de las entradas de directorio), los sistemas operativos más antiguos podrían elegir erróneamente en su lugar, sube las entradas VFAT LFN.
  14. ^ Estetipo de atributo de distribución de SO IBM 4680 y SO 4690 debe tener un valor de bit en disco de 0, ya que los archivos vuelven a este tipo cuando los atributos se pierden accidentalmente.

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  70. ^ Natuerlich! (24 de marzo de 1992). "Obtener nombres de archivo más largos de GEMDOS" . comp.sys.atari.st.tech . Consultado el 5 de mayo de 2014 .
  71. Torvalds, Linus (23 de diciembre de 1992). "Nombres de archivo largos" . comp.os.minix . Consultado el 5 de mayo de 2014 .
  72. ^ "mount (8): montar el sistema de archivos" . Página de manual de Linux .

Enlaces externos

  • ECMA-107 Volumen y estructura de archivos de los cartuchos de disco para el intercambio de información , idéntico a ISO / IEC 9293.
  • Especificación del sistema de archivos FAT32 de la Iniciativa de firmware extensible de Microsoft, FAT: descripción general del formato en disco
  • Comprensión de los sistemas de archivos FAT32 (explicado para desarrolladores de firmware integrado)
  • Comprender FAT, incluida mucha información sobre LFN
  • Explicación detallada del sector de arranque FAT : artículo 140418 de Microsoft Knowledge Base
  • Descripción del sistema de archivos FAT32 : artículo 154997 de Microsoft Knowledge Base
  • Implementación del sistema de archivos FAT12 / FAT16 / FAT32 para * nix : incluye bibliotecas libfat y fusefat, un controlador del sistema de archivos FUSE
  • MS-DOS: Limitaciones de directorios y subdirectorios : artículo 39927 de Microsoft Knowledge Base
  • Descripción general de los sistemas de archivos FAT, HPFS y NTFS : artículo de Microsoft Knowledge Base 100108
  • Límites de volumen y tamaño de archivo de los sistemas de archivos FAT : Microsoft Technet, copia realizada por Internet Archive Wayback Machine
  • Microsoft TechNet: Una historia breve e incompleta de FAT32 por Raymond Chen
  • Formateador FAT32 : permite formatear volúmenes superiores a 32 GB con FAT32 en Windows 2000 , Windows XP y Windows Vista
  • Fdisk no reconoce el tamaño completo de los discos duros de más de 64 GB : artículo 263044 de Microsoft Knowledge Base, copia realizada por Internet Archive Wayback Machine . Explica la imposibilidad de trabajar con volúmenes extremadamente grandes en Windows 95/98.
  • Microsoft Windows XP: Sistema de archivos FAT32 . Copia realizada por Internet Archive Wayback Machine de un artículo con resumen de límites en FAT32 que ya no está disponible en el sitio web de Microsoft.
  • Diseño visual de una unidad FAT16