File Allocation Table

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.

Aufbau von FAT

FAT wird in 5 Bereiche unterteilt:

• Bootsektor
• Reservierte Sektoren
• File Allocation Table
• Wurzelverzeichnis (bei FAT32 in der Datenregion enthalten)
• 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)

Die folgenden Daten unterscheiden sich wischen FAT12/FAT16 und FAT32.

FAT12 und FAT16

FAT32

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. Normalerweise gibt es 2 FAT-Kopien um durch die Redundanz etwas Fehlertoleranz zu ermöglichen.

Bei einem normalen Cluster in einer Clusterkette gibt der Wert in der FAT das nächste Cluster an. Man muss also den Wert aus der FAT nehmen, und ihn als neuen Index für die FAT benutzen. Wenn man auf die eigentlichen Daten zugreifen will muss man vorher 2 subtrahieren, weil die Cluster 0 und 1 nicht im Datenbereich existieren (der Datenbereich ist quasi ein Array aus Clustern das mit Index 2 anfängt wogegen die FAT ein Array aus Cluster-Nummern ist das mit Index 0 anfängt). Die verbotenen Cluster-Nummern dürfen weder in der FAT selber noch in den Verzeichniseinträgen benutzt werden. Die Einträge 0 und 1 in der FAT werden für spezielle Zwecke benutzt und sollten nicht verändert werden.

Wurzelverzeichnis

Bei FAT12 und FAT16 ist das Wurzelverzeichnis ein festgelegter, zusammenhängender Bereich auf dem Volume. Es bildet wie andere Verzeichnisse auch eine Tabelle aus Verzeichnis-Einträgen, allerdings wird seine Größe statisch beim Erstellen des Dateisystems festgelegt, so dass die Anzahl möglicher Dateien im Wurzelverzeichnis beschränkt ist.

Bei FAT32 liegt das Wurzelverzeichnis im Datenbereich und wird wie jedes andere Verzeichnis auch behandelt. Es hat deshalb keinen festen Platz auf dem Volume. Sein erster Cluster wird im Boot-Sektor gespeichert, die weiteren Cluster werden in der FAT gespeichert. Die Größe des Verzeichnisses ist dadurch dynamisch.

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 Clusters der Datei.

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.

Um von der Cluster-Nummer auf die Sektor-Nummer zu kommen, in dem die eigentlichen Daten liegen, muss man folgende Gleichung benutzen:
Sektor_Nummer = ( ( Cluster_Nummer - 2 ) * Cluster_Größe_in_Sektoren ) + Position_des_ersten_Datensektors;
Die Subtraktion mit 2 ist weil es keine Daten-Cluster 0 und 1 gibt. Die Multiplikation mit der Cluster-Größe sollte logisch sein. Die Addition mit der Position des ersten Datensektors ist wichtig weil vor den Nutzdaten ja noch mindestens der Boot-Sektor und die FAT(s) kommen, bei FAT12 und FAT16 kommt da auch noch das Stammverzeichnis. Die Position des ersten Datensektors ist üblicherweise konstant und muss daher nur ein mal beim mounten ausrechnet werden. Die hier ausgerechnete Sektor-Nummer bezieht sich nur auf das FAT-Dateisystem als solches, wenn dieses Dateisystem als Partition auf einer Festplatte liegt dann muss natürlich noch die Start-Position der betreffenden Partition dazu addiert werden um eine absolute Sektor-Nummer zu erhalten und wenn das Dateisystem ohne Partitionierung auf einer Diskette liegt dann ist keine weitere Rechnung erforderlich.

Die Position des ersten Datensektors rechnet man folgendermaßen aus:
Position_des_ersten_Datensektors = Anzahl_reservierter_Sektoren + ( Anzahl_der_FAT_Sektoren * Anzahl_der_FAT_Kopien ) + Anzahl_der_Stammverzeichnissektoren;
Alle diese Informationen sind dem Boot-Sektor zu entnehmen. Die Anzahl der reservierten Sektoren ist mindestens 1 da dazu auch der Boot-Sektor selber zählt. Die Anzahl der FAT-Sektoren und die Anzahl der FAT-Kopien sollten klar sein. Die Anzahl der Stammverzeichnissektoren ist bei FAT32 immer 0 weil dort das Stammverzeichnis ganz normal im Datenbereich liegt. Bei FAT12 und FAT16 muss man sich die Größe des Stammverzeichnis in Sektoren erst ausrechnen:
Anzahl_der_Stammverzeichnissektoren = Anzahl_der_Stammverzeichniseinträge / ( Größe_der_Sektoren_in_Byte / 32 );
Auch diese Informationen sind dem Boot-Sektor zu entnehmen (zumindest bei FAT12 und FAT32). Diese Gleichung sollte ohne Rest aufgehen, wenn dem nicht so ist ist das ein Fehler. Die 32 ist die Größe eines Verzeichniseintrages und die ist bei FAT immer gleich.

Die Informationen die dem Boot-Sektor zu entnehmen sind können je nach FAT-Version in verschiedenen Einträgen drin sein, da muss entsprechend aufgepasst werden.

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 zusätzliche Verzeichniseinträge verteilt. Ältere Systeme sehen diese als ungültig an und ignorieren sie. Der Dateiname kann so bis zu 255 UTF-16 Zeichen enthalten. Außerdem werden auch das Erstelldatum und das Datum des letzten Zugriffs durch VFAT gespeichert.

Dateikonventionen

Dateinamen bestehen in FAT aus acht Zeichen plus drei Zeichen Dateierweiterung. Die folgenden Zeichen sind reserviert und in Dateinamen nicht erlaubt:

< > ? " : | \ / *   sind in kurzen und langen Dateinamen verboten
+ , . ; = [ ]       sind nur in kurzen Dateinamen verboten

Leerzeichen am Ende von Name oder Erweiterung werden ignoriert, denn sie werden in Verzeichniseinträgen als Padding für kürzere Dateinamen benutzt.

Mit VFAT erweitert sich die maximale Länge des Dateinamens auf 255 Zeichen, die sowohl Name als auch ggf. Erweiterung und auch den Punkt enthalten. Unter Windows ist außerdem zu beachten, dass weiterhin keine Dateinamen mit einem Leerzeichen am Ende erstellt werden können.

Siehe auch

• FAT12

Weblinks

• FAT32 File System Specification
• Wikipedia-Artikel zu FAT