File Allocation Table, skrátene FAT, je čiastočne patentovaný súborový systém, ktorý sa používal v systéme MS-DOS (a kompatibilných systémoch) a v prvých 16/32-bitových verziách operačného systému Microsoft Windows. Existuje niekoľko verzií systému FAT, napríklad FAT12, FAT16 a FAT32. Systém FAT32 sa používal od Windows 95 OSR2 až po Windows ME. Súborový systém FAT je relatívne jednoduchý a je podporovaný všetkými operačnými systémami pre PC. Táto vlastnosť ho činí vhodným pre použitie na disketách, flash diskoch a pamäťových kartách, ako schodnú cestu na prenášanie dát medzi rôznymi operačnými systémami.
FAT je tabuľka obsahujúca informácie o obsadení disku v súborovom systéme vytvorenom pre DOS. Zároveň sa tak označuje zmienený súborový systém. Používa sa pre nájdenie súboru (allocation), ktorý je zapísaný na disku.
Súborový systém FAT bol vytvorený Billom Gatesom a Marcom McDonaldom v roku 1977. V auguste 1980 Tim Paterson začlenil FAT do operačného systému 86-DOS. Prvá verzia FAT bola nazvaná FAT 12. Mala množstvo obmedzení: adresy klasterov boli 12 bitové (to obmedzovalo počet klasterov na 4096) a počet sektorov disku bol daný ako 16 bitové číslo, čo obmedzovalo veľkosť diskového oddielu na 16 MB (pri 4 kB klastroch) resp. 32 MB (pri 8 kB klastroch).
Zoznam použitých skratiek FAT – File Allocation Table BS – boot sector CLI – Clear interrupt flag OEM – Original Equipment Manufacture DBCS – Double Byte Character Set OS – operačný systém (Operating System)
Štruktúra pevného disku Pevný disk sa skladá z niekoľkých platní, každá z platní má dva povrchy. Tieto povrchy sú číslované od 0. Na každom povrchu sú stopy (taktiež číslované od 0) a sektory (číslované od 1). Stopa je sústredná kružnica a sektor kruhový výsek tejto kružnice. Prienikom jednej stopy a jedného sektoru vznikne oblasť, na ktorú sa dá zapísať obvykle 1/2 KB (teda 512 B).
Na pevnom disku sa používajú súborové systémy FAT16 nebo FAT32, pre diskety sa dá použiť FAT12. Prienikom jednej stopy a jedného alebo viacerých sektorov vznikne tzv. alokovatelná jednotka alebo tiež klaster (cluster). U FAT16 to sú dva sektory, do jedného klastera môžeme zapísať 2*512 = 1024 B, u FAT32 štyri sektory (dá sa vybrať pri prevode na FAT32), môžeme tu zapísať napr. 4*512 = 2048 B.
Pokiaľ chceme uložiť nejaký súbor, operačný systém vezme prvý voľný klaster, ak tento kapacitne nestačí, pridá ďalší voľný ktorý nájde, pričom hľadá od začiatku disku.
Dôsledkom je: dochádza k fragmentácii priestoru na disku (ďalší voľný klaster sa nenachádza za použitým pre predchádzajúcu časť súboru) ak je súbor kratší ako jeden klaster (stačí jeden bajt), je vždy zabraný celý klaster (2 alebo 4 KB)
Boot sektor BIOS po POSTe (POST = Power on self test) načíta nultý LBA sektor jednotky na adresu 0x0000:0x7C00 a prenesie sem kontrolu (inštrukcia JMP 0x0:0x7C000). Nultý LBA sektor pevného disku a napr. diskety sa odlišuje tým, že na pevnom disku sú zaznamenané oddiely a je zvyčajne naprogramovaný tak aby načítal a spustil boot sektor aktívnej oblasti disku. Tento typ zápisu sa nazýva Master Boot Record (MBR). Ten na diskete je rovnaký ako boot sektor oddielu disku a nazýva sa Volume Boot Record.
Štruktúra Volume Boot Record adresa (hex) obsah poznámka 00h-002h inštrukcie obsahuje inštrukcie NOP/CLI JMP 03Eh na preskočenie tabuľky (offset 03Eh sa môže líšiť od toho kde je začiatok kódu)003h-00AhOEM IDNachádza sa tu 8 znakov dlhý textový reťazec, ktorý identifikuje operačný systém. Prázdne miesto je vyplnene medzerami (ASCII 32, 20h) napr. MSWIN4.1 značí DOS 7 (Windows 9x)00Bh-00Chpočet bytov na sektorskoro vždy 51200Dhpočet sektorov na cluster00Eh-00FhPočet rezervovaných sektorov010hpočet FAT (File allocation table)Tu je zapísaná štruktúra rozloženia súborov na disku. FAT 12 a FAT 16 podporujú 2 FAT tabuľky – hlavnú FAT a záložnú FAT. Záložná FAT je úplnou kópiou hlavnej FAT. Používa sa len pri rekonštrukcii poškodenej hlavnej FAT011h-012hpočet zápisov koreňového adresára (Number of Root Entries)Toto číslo udáva počet adresárových zápisov (Directory Entry) – max. toľko súborov môže byť v koreňovom adresári.013h-014hCelkový počet LBA sektorov jednotky015hpopisovač médiabyte, ktorý určuje typ média podľa BIOSu016h-017hpočet sektorov na FATveľkosť FAT v sektoroch ⇒ miesto na disku ktoré zaberá FAT018h-019hpočet sektorov na stopu/cylinder01Ah-01Bhpočet hláv01Ch-01Fhpočet skrytých sektorov020h-023hcelkový 'veľký' počet LBA sektorovPokiaľ je „celkový počet sektorov“ na adrese 013h-014h nulový potom je tento parameter správny. Tento parameter je používaný len pri pevných diskoch. Pri diskete sa nepoužíva, pretože počet sektorov neprekročí 3000 (2880 sektorov je na diskete 3.5")024hčíslo jednotkyčíslo jednotky podľa BIOSu025hrezervované026hextended boot signature= 029h Indikuje, či je informácia správna027h-02Ahsériové číslo disku02Bh-035hmenovka disku11 znakov dlhý textový reťazec. Prázdne miesto je vyplnené medzerami (ASCII kód 32, 20h)036h-03Dhidentifikátor súborového systémumôže byť „FAT12“, „FAT16“, „FAT32“03Eh-1FDhbootstrap programtu môže byť hlavný strojový kód zavádzača1FEh-1FFhBootsignature= AA55h alebo db 55h, AAh Táto značka je používaná, pokiaľ pMaster BootStrapRecord rozdeleného harddisku zisťuje či je BootStrapRecord vybraného oddielu správny. Ak nie je tak BIOS / Bootloader nespusí kód.
Štruktúra súborového systému FAT Súborový systém v MS DOSe a jemu podobných systémoch je organizovaný pomocou FAT. Rozoznávame FAT12 a FAT16 (FAT32) podľa toho, koľko bitov vyhradzuje na (logickú) adresáciu disku. FAT je jednorozmerná tabuľka (pole), ktorá obsahuje údaje o obsadenosti jednotlivých oblastí (cluster=klaster) disku/diskety. Väčšinou existujú dve kópie (ak by sa jedna (prvá) fyzicky porušila). FAT spolu s adresármi určuje fyzické uloženie súborov.
Disketa aj disk sú delené na klastre, ktoré sú z hľadiska súborového systému MS DOSu najmenšou adresovateľnou jednotkou (sú to vlastne logické bloky). Priestor na diskete sa súborom prideľuje po klasteroch. Ak napr. klaster pozostáva z 8 sektorov, t. j. má 4KB, a v adresári je 100 súborov po 100B, vznikne 10KB údajov, ale v súborovom systéme zaberajú 100x4KB=400KB miesta, t. j. využívate priestor na 2,5%. Nanešťastie počet klasterov je zhora ohraničený typom FAT: 4096 pre FAT12 (reálne o niečo menej), 65536 pre FAT16 (reálne zase o niečo menej). To je najväčší problém súborového systému typu FAT hlavne pri veľkých diskoch – vynucuje veľké klastre a tým plýtva priestorom.
Štruktúra boot sektoru Prvá dátová štruktúra na zväzku FAT sa nazýva BPB (Bios Parameter Block). Je umiestená v prvom sektore zväzku v „rezervovanej oblasti“ (tento sektor sa tiež nazýva „boot sektor“, „reserved sektor“ alebo „nultý sektor“). Ide o prvý sektor zväzku.
Časti BPB Oblasť Začiatok (offset) Veľkosť Popis Bytes Per Sector112Fyzická veľkosť sektoru v bytoch, zvyčajne 512Sectors Per Cluster131Počet sektorov v jednom logickom klasteri. Počer klasterov vo FAT je obmedzený, preto veľkosť klasterov závisí na veľkosti disku. Väčší disk znamená viac sektorov na klaster.Reserved Sectors142Počet sektorov partície pred FAT tabuľkou, vrátane boot sektora. Vždy má hodnotu aspoň 1.FATs161Počet tabuliek FAT (typicky 2)Root Entries172Počet položiek mien rootovského adresáraSmall Sectors192Počet sektorov disku ak je menší ako 65535, inak 0Media Descriptor211Informácia o type médiaSectors Per FAT222Počet sektorov tabuľky FATSectors Per Track242Počet sektorov na stopuHeads262Počet hláv. Počet sektorov a hláv určuje geometriu diskuHidden Sectors284Počet sektorov fyzického disku pred danou partíciouLarge Sectors324Počet sektorov, ak je oblasť Small Sector, potom 0
Štruktúra FAT tabuľky FAT je najdôležitejšia popisná tabuľka média. Definuje, ktoré sektory sú voľné, ktoré sú použité, pre ktorý súbor, v akom poradí idú sektory súboru za sebou, definuje rezervované sektory, sú v nej zakódované aj všetky dĺžky súborov. Najdôležitejšia informácia je informácia o tom, ako za sebou idú sektory jednotlivých súborov.
Na médiu môže byť jedna alebo dve FAT. V prípade, že na médiu je len jedna FAT, logické číslo prvého sektora druhej FAT je nulové a tak isto je nulový aj bit 6 v identifikačnom bajte média (offset #20). Každá FAT je umiestnená na médiu kvôli efektívnemu prístupu v sektoroch ktoré idú bezprostredne za sebou od prvého sektora, ktorého číslo je definované v boot sektore. Tento prístup umožňuje mať FAT umiestnenú kdekoľvek na médiu (hoci aj kvôli efektívnemu seekovaniu v strede média) ale FAT musí ostať celá pokope, nemôže byť rozptýlená po médiu.
FAT sa skladá z položiek, každá položka zodpovedá jednému sektoru média. Položky zaberajú podľa potreby 16 alebo 32 bitov. Podľa toho potom rozlišujeme či ide o systém FAT16 alebo FAT32. Bajty sú v položke usporiadané vždy od najnižšieho po najvyšší. FAT32 sa používa, ak počet sektorov na médiu je väčší než umožňuje adresovať FAT16, čo je 2^14 – 256 alebo 16128 sektorov, alebo ak veľkosť sektora (klastera) je väčšia ako 2^14 alebo 16384 bajtov.
Posledný sektor súboru obsahuje po vynulovaní najvyššieho bitu položky presný počet bajtov ktoré ešte súbor zaberá v tomto sektore. Ak je tento počet nulový, potom skutočný počet týchto bajtov je rovný veľkosti sektora, t. j. sektor je využitý celý, čiže dĺžka súboru je deliteľná veľkosťou sektora v bajtoch.
Zmazanie súboru len vynuluje najvyšší bit FAT položky. Všetky položky od 00.00.00.00 do 7F.FF.FF.FF sa chápu ako volné sektory ktoré sa môžu ďalej použiť. Špeciálny sektor je napr. boot, prípadne na bootovateľnom médiu operačný systém, ktorý sa nenachádza v klasickom súbore. Neexistujúci sektor je keď napr. médium má len 250 sektorov, FAT je dlhá 250*4=1000 bajtov ale keďže FAT zaberá celočíselný počet sektorov tak zvyšných 24 bajtov FAT obsahuje hodnotu FF.FF.FF.FF.
Voľné sektory pripravené na alokovanie sa od už obsadených alokovaných sektorov jednoznačne líšia najvyšším bitom položky. Voľné sektory ho majú nulový, obsadené položky jednotkový. Preto sa pri alokácii ďalších sektorov na médiu môžu vyberať len sektory ktoré majú tento bit nulový.
FAT tabuľka definuje spojový zoznam rozsahu súboru (klastery). FAT začína na logickom sektore prvého segmentu.
Prvý byte FAT sa nazýva Deskriptor media alebo tiež identifikačný byte FAT. Od ďalšieho 5 bytu (12b FAT) alebo 7 bytu (16b FAT) sú samé 0ffH. Zvyšok FAT sa skladá z 12 alebo 16 bitových buniek, ktoré reprezentujú jeden klaster disku. Význam hodnôt položiek vo FAT:
FAT 12 FAT 16 význam0000000voľný klaster002FEF0002FFEFobsadený klasterFF0FF6FFF0FFF6rezervovaný klasterFF7FFF7chybný klaster (fyzická chyba diskety)FF8FFFFFF8FFFFposledný klaster súboru
Štruktúra dátovej časti Klastery (cluster) dátovej časti sú očíslované. FAT obsahuje pre každý klaster jeden záznam ktorý zaberá 2 alebo 4 bajty (podľa typu FAT). Ak je v klastri súbor alebo adresár, záznam obsahuje odkaz na záznam klastrov na ktorom súbor pokračuje ak nejde o posledý klaster súboru (0xFF). Adresárový alebo súborový kontajner vo FAT je bežný súbor – 32 bajtový záznam FAT adresára. FAT mapuje oblasti dát vo zväzku podľa čísla klastera. Prvý dátový klaster je klaster 2. Prvý sektor klastera 2 je vypočítaný použitím BPB polí pre zväzok.
Dátová oblasť sa skládá z položiek:
meno súboru, poklal je kratšie je doplnené medzerami prípona atribúty – jednotlivé bity: xxADLSHR x voľný x voľný A – k archivácii D – adresár (Directory) L – menovka disku (Label) S – systémový (System) H – skrytý (Hidden) R – iba na čítanie (Read only) čas poslednej zmeny dátum poslednej zmeny odkaz na prvý klaster súboru (podadresára) veľkosť súboru v B
Menovka disku (Label) môže zabrať priestor pre meno a príponu, zaberá teda 11 znakov. Atribút A – je nastavený, pokiaľ chceme pri spustení archivačného programu zálohovať aj tento súbor. Pri archivácii sa tento atribút zruší, pri každej zmene súboru sa nastaví.