Notiz. 1 Grundlagen. 1.1 Festplatten Know How. Gerhard Brünner. Thema Datum Seite File Allocation Table von 34

Transkript

1 File Allocation Table von 34 1 Grundlagen 1.1 Festplatten Know How Es soll hier etwas zur Festplatten gesagt werden, bevor wir zur Verwaltung von Datenträgern im Allgemeinen kommen. Warum? Nun ja das Dateisystem FAT wurde für Festplatten entwickelt, und an manchen Stellen kommen hier Begriffe aus dieser Zeit zu Tage. Eine Festplatte besteht hauptsächlich aus drei Komponenten. Zum einen gibt es einen Motor auf dem mehrere sehr dünne Metallscheiben mit geringen Zwischenräumen auf montiert sind. Zum anderen gibt es einen schwingenden Arm an dem eine Art Kamm angebracht ist. An den Spitzen des Kammes befinden sich die Lese- und Schreibköpfe. Dieser Kamm greift genau in die Zwischenräume der Metallscheiben. Der Kamm und die Metallscheiben sind zwar sehr dicht beieinander, berühren sich aber dennoch nie. Weil der Arm mit dem Kamm schwingend auf einem Motor gelagert ist, können die Schreib- und Leseköpfe sich über jede beliebige Stelle auf den Metallscheiben bewegen. Die dritte Komponente ist die Verkleidung. Damit die Köpfe wissen, wo sich was auf den Platten befindet, sind diese in verschiedene Abschnitte unterteilt. Um sich das Ganze besser vorstellen zu können, ist hier eine Skizze:

2 File Allocation Table von 34 Festplatten sind wie folgt eingeteilt. Auf jeder Metallscheibe gibt es Spuren (ähnlich vorstellbar wie die einer Langspielplatte, auch Tracks genannt). Spuren verschiedener Platten die genau über- einander liegen werden Zylinder genannt. Spuren und Zylinder wiederum sind in die kleinsten für den Festplatten-Controller adressierbaren Einheiten eingeteilt, die sogenannten Sektoren. Die einzelnen übereinanderliegenden Platten selbst werden durch ihre Lese- und Schreibköpfe identifiziert. Als Zonen bezeichnet man inhaltlich zusammen gehörende Spuren, die direkt neben einander liegen. Eine Adresse für eine Speichereinheit könnte dann so aussehen: head 5 track 87 sektor 56. Das entspräche dem 57. Sektor in der 88 Spur auf der 6. Platte, da die Aufzählung bei der Identifikation der Platte, Sektoren, Zylinder, Spuren und Zonen bei 0 beginnen. Da ein Sektor die kleinste adressierbare Einheit ist, muss bei jeder Änderung der komplette Sektor eingelesen werden. Dabei werden die zu ändernden Bits ausfindig gemacht, mit einem neuen Wert belegt und der komplette Sektor wird nun neu geschrieben. Ein Sektor kann jeweils nur genau 512 Bytes speichern, was genau 4096 Bits entspricht (512 x 8, denn ein Byte entspricht 8 Bits), die jeweils nur den Wert 0 oder 1 besitzen können. Die Größe einer Festplatte hängt also auf Grund der immer gleichen Sektorengröße von der Kompression der Spuren und Sektoren ab, also der Datendichte. 1.2 Bestandteile von Fat16 Zur Verwaltung der Speichereinheit eines Mediums werden zunächst in Verwaltungseinheiten zusammengefasst, welche als Ganzes von der Verwaltung behandelt werden. Diese Verwaltungseinheiten werden Cluster genannt und. Warum tut man dies? Nehmen wir einmal die Anzahl der Speicherstellen einer 2 GB Festplatte das wären: 2048 MiB = KiB = Byte = Bit =2^34 Bit. Anmerkung: Ich verwende hier die IEC-Schreibweise zur Basis 2, gekennzeichnet durch die Einheiten MiB und KiB, welche früher fälschlicherweise MB und KB genannt wurden. Da wir bei Festplatten eh nur einzelne Sektoren und nicht deren Bits adressieren können - aah ;o) da haben wir schon den Grund für das erste Kapitel verringert sich aus Sicht der Verwaltung die Anzahl der zu verwaltenden Speichereinheiten auf Sektoren. Soviel Sektoren kann man aber mit einer 16 Bit-Zahl nicht adressieren. Fat16 heißt nun aber so, weil es eben 16 Bit zur Verwaltung des Speichereinheiten benutzt. Ergo muss man hier mehrere Speichereinheiten zu Clustern, welche verwaltet werden, zusammen fassen. In unserem Fall wären das Minimum Byte geteilt durch 2^16 entspricht Byte (32Kib), d.h. 32 Kib je Cluster was 64 Sektoren entspricht. Ein Cluster bildet sich somit aus mehreren Sektoren. Die Anzahl der Sektoren je Cluster wird im Boot-Record angegeben, aber dazu später. Mit FAT16 werden Festplatten bis 2 Gigabyte (GiB) in Clustergrößen zwischen 2 Kilobyte (KiB) bei der 128-MB- Festplatte und 32 KiB bei der 2-GB-Festplatte unterteilt. FAT enthält Zeiger auf die Cluster, in denen die Informationen der Datei auf dem Speichermedium aufbewahrt werden. FAT16-basierte Systeme unterstützen Festplatten von bis zu 8 Gigabyte. Datenträger Größe (MiB) FAT16 Cluster Größe FAT32 Cluster Größe NTFS Cluster Größe KiB Nicht unterstützt 512 Bytes Bytes Nicht unterstützt 512 Bytes KiB 512 Bytes 512 Bytes KiB 1 KiB 512 Bytes KiB 2 KiB 512 Bytes KiB 4 KiB 512 Bytes KiB 4 KiB 1 KiB KiB 4 KiB 2 KiB KiB 4 KiB 4 KiB

3 File Allocation Table von 34 Wie eben schon erwähnt verwaltet das Dateisystem die Cluster bei FAT16 über eine 16 Bit- Adresse. Diese 16 Bit bilden de facto die Anzahl der Einträge in der File Allocation Table Dateizuordnungstabelle wo jeder Eintrag einem Cluster entspricht. Es gibt aber auch noch andere FAT Systeme mit größeren oder kleineren File Allocation Tables 4086 (FAT12), (FAT16) (FAT32 ab Windows 95b) Grundsätzlich besteht ein Dateisystem basieren auf FAT16 aber nicht nur aus der File Allocation Table, sondern aus den folgenden Teilkomponenten: 1. Bootsektor 2. Datei-Belegungs-Tabelle oder eben FAT ;O) 3. Dateiverzeichnis (Directory) 4. Datenablage Im folgenden Bild zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines File-Systems mit einer Partition. Der im Bild eingezeichnete Master-Boot-Record ist nicht direkt dem File-System zuzuordnen. Dieser dient der Verwaltung von Festplatten mit mehreren Partitionen. Es werden hierzu sogar zwei verschiedene Programme unter DOS verwendet. Bei einer Festplatte: Master Boot Record wird mit fdisk.exe gemacht. Volume Boot Record wird mit format.exe gemacht. Unter einer Partition (lat. Partitio = (Ein)teilung ) versteht man einen zusammenhängenden Teil des Speicherplatzes eines Datenträgers. Partitionen sind voneinander unabhängig und können von Betriebssystemen wie physikalische Laufwerke behandelt werden. Man bezeichnet solche Partitionen daher auch als logisches Laufwerk. Die Verwaltung der gespeicherten Daten wird anschließend von Dateisystemen übernommen. Bei FAT wird jedem logischen Laufwerk genau ein Dateisystem also eine FAT zugeordnet. Diese Unterteilung wurde eingeführt, da Festplatten mit großer Speicherkapazität bei Verwendung des FAT Dateisystems durch die Clusterung immer schlechter ausgenutzt werden können. Da im FAT-Filesystem Cluster die kleinste Speichereinheit sind belegt auch eine 1 KiB-Datei immer einen kompletten Cluster auf der Platte, was dazu führt das viel Speicher brach liegt. Nur die Aufteilung der Speicherkapazität auf mehrere Fat-Systeme konnte hier zunächst Abhilfe schaffen. Später kamen dann FAT32, welches durch seine 32 Bit-Addressierung kleinere Größe der Cluster auch bei großen Festplatten erlaubte. Vorher gab es aber schon alternative Dateisysteme wie z.b. NTFS welches mit einer konstanten Größe der Cluster (= Größe eines Sektors = 512 Byte) arbeitet. Für die Masse der MS-Dos und Win 9X-Anwender war dies aber keine Alternative. Weitere Hintergrund-Informationen sind im Kapitel Hintergrund-Informationen zu FAT zu finden.

4 File Allocation Table von 34 2 Master-Boot-Record Der Vollständigkeit soll der Master-Boot-Record hier auch erwähnt sein, denn auch wenn er nicht direkt zum File- System gehört hatte ich das schon gesagt ;O) so ist er der Einstieg in die Partitionen. Läuft das System an so liest es den Boot-Record, welcher bei Speichern mit mehreren Partitionen durch den Master-Boot-Record ersetzt wird. Aus diesem Grund hat er auch den gleichen Einstieg der Suche nach Ausführbaren Code beim Start des Records. Adresse hex/dez Master-Boot-Record Beschreibung 0x0 0 Boot-Loader (Programmcode) 440 0x1B8 440 Disk-Signatur (seit Windows 2000) 4 0x1BC 444 Nullen ja 0x x1BE 446 Partitionstabelle (max. 4 Einträge) 64 0x1FE 510 0x55 - MBR-Signatur 1 0x1FE 511 0xAA - MBR-Signator 1 Größe Byte Boot-Loader: Der Boot-Loader ist ein kleines Programm, das vom BIOS aufgerufen wird. Im Normalfall sucht dieses in der Partitionstabelle nach einer aktiven Partition, lädt den Boot-Sektor der ersten aktiven Partition und führt diesen aus. Dadurch wird dann das eigentliche Betriebssystem geladen. Im nächsten Kapitel werden wir sehen das bei Boot-Sektor der Partition an der gleichen Stelle eine Sprunganweisung zum Boot-Code steht. Damit sind Master-Boot-Record und Boot-Sektor erst einmal austauschbar, da in beiden Fällen das System erst einmal den Code lädt, welcher die gegebenen Daten interpretiert und die nächsten Schritte einleitet. Disk-Signatur: Die Disk-Signatur wird von Windows 2000 und XP verwendet, um Festplatten, die mit einer klassischen Partitionstabelle versehen sind (im Microsoft-Jargon Basisdatenträger), eindeutig zu identifizieren. Dadurch ist die Disk-Signatur z. B. bei der Zuordnung von Laufwerksbuchstaben zu Festplattenpartitionen von entscheidender Bedeutung Partitionstabelle: Die Partitionstabelle gibt in 16 Byte die Aufteilung einer Festplatte in Partitionen an. Auch wenn nur eine Partition eingerichtet ist, ist heute eine Partitionstabelle im Master Boot Record von Festplatten vorhanden. Bei anderen Speichermedien ist das nicht zwingend der Fall. Adresse hex/dez Partitionseintrag Beschreibung 0x00 0 Flag ob Partition bootfähig ist. 0X80 - bootfähig, 0x00 - nicht bootfähig) 1 0x01 1 CHS-Eintrag des ersten Sektors Aufbau siehe Anhang CHS - Adresse 3 0x04 4 Typ der Partition siehe Anhang 1 0x05 5 CHS-Eintrag des letzten Sektors Aufbau siehe Anhang CHS - Adresse 3 0x08 8 Startsektor (relativ zum Anfang der Festplatte, oder zur erweiterten Partitionstabelle) 4 0x0C 12 Anzahl der Sektoren in der Partition 4 Größe Byte

5 File Allocation Table von 34 Beispiel: Der erste Teil mit EB stellt bei den x86-systemen eine Sprunganweisung dar jump short offset 48 gefolgt von einem NOP (90). Der gelbe Bereich stellt die erste nicht bootfähige Partition dar eines LINUX-Systems (0x1C2 = 0x83).

6 File Allocation Table von 34 3 Grundstruktur des FAT-Dateisystems Abschnitt Beschreibung Größe in Sektoren Bootsektor Der Bootsektor enthält teilweise ausführbaren x86- Maschinencode, der das Betriebssystem laden soll. An anderen Stellen enthält er Informationen über das FAT-Dateisystem. Normalerweise ein Sektor (512 Byte). Die Größe wird aber im Bootsektor selbst ab dem Offset 0x0E eingetragen. File-System Nur Fat32 wird hier nicht behandelt Gehört zu den reservierten Sektoren des Bootsektors - > siehe Abschnitt Bootsektor. FAT1 File Allocation Table #1 NoFat SectFat NoFat Anzahl der FAT-Kopien FAT2 File Allocation Table #2 SecFat Sektoren je FAT Beide Angaben sind Einträge im Bootsektor und werden bei der Formatierung festgelegt. FATX File Allocation Table #X ( in der Regel aber nur 2) Root Verzeichnis (nur FAT12 und FAT16(B) MaxEntry 32 Byte BytesPerSector MaxEntry Max. Anzahl der Verzeichniseinträge, welche bei der Formatierung festgelegt werden. BytesPerSector i.r. 512 Data Datenablage Anzahl Cluster * Sektoren je Cluster

7 File Allocation Table von 34 4 Bootsektor 4.1 Struktur bei FAT16 Der Bootsektor belegt genau einen Sektor und befindet sich am Anfang eines Datenträgers, wenn dieser Datenträger keine weiteren Partitionen enthält. Adresse hex/dez Beschreibung 0x0 0 Sprunganweisung zu Code des Bootladers + NOP 3 0x03 3 Name des OEM 8 0x0B 11 Anzahl der Bytes pro Sektor (Gültige Werte sind: 512, 1024, 2048 und 4096) 2 0x0D 13 Die Anzahl der Sektoren pro Cluster (Zweierpotenz zw. 1 und 64, ggf. auch 128) 1 0x0E 14 Anzahl der reservierten Sektoren (inkl. Bootsektor, also stets mind. 1) 2 0x10 16 Anzahl der Kopien der FAT üblicherweise x11 17 Anzahl der möglichen Einträge im Hauptverzeichnis. Bei FAT32 ungenutzt. 2 0x13 19 Gesamtsektoranzahl des Mediums (max , bei Medien größer 32MB, ist dieser Wert 0 und der Wert steht als 4-Byte-Wert an Offset 20hex. Bei FAT 32 gänzlich ungenutzt. 0x15 21 Datenträger-Kennung/Media Descriptor Byte: F8 für Festplatte; FX für Diskette 1 0x16 22 Sektoren je FAT. Bei FAT 32 ungenutzt und stets 0x0000hex, siehe Offset 0x x18 24 Sektoren je Track 2 0x1A 26 Anzahl der Köpfe 2 0x1C 28 Reservierte Sektoren am Beginn des Datenträgers Anzahl der versteckten Sektoren vor dem Bootsektor. Bei Festplatten ist das die Anzahl der Sektoren zwischen Master Boot Record und dem Bootsektor der Partition. Bei nicht partitionierten Medien (ohne MBR) stets 0. 0x20 32 Gesamtzahl der Sektoren in der Partition 4 0x24 36 Laufwerksnummer. (Erste Festplatte trägt 80h, zweite 81h) Vom BIOS vergeben ist diese nur für Bootlaufwerke relevant, da diese Nummer beim Booten für BIOS-Aufrufe zum Zugriff auf das Medium benutzt wird. 0x26 38 Erweiterte Boot-Signatur (29h - Extended BIOS Parameter Block) 1 0x27 39 Dateisystem-ID (Seriennummer). Wird beim Anlegen des Dateisystems erzeugt und dient der Unterscheidung verschiedener Medien (z. B. bei Wechselmedien) 0x2B 43 Datenträgerbezeichnung (veraltet). Wurde durch einen speziellen Verzeichniseintrag im Stammverzeichnis abgelöst 0x36 54 FAT Name - z. B. "FAT12 ", "FAT16 " 8 0x3E 62 Boot-Code (Programmcode) 448 0x1FE 510 Signatur (0x55h 0xAA) - anhand derer das BIOS beim Booten einen gültigen Bootsektor erkennt. Größe Byte

8 File Allocation Table von 34 Der grün markierte Teil ist ab dem Offset 0x24 wird bei FAT32 anders belegt. Adresse hex/dez Beschreibung 0x24 36 Anzahl der Sektoren pro FAT 4 0x28 40 FAT-Flags 2 0x2A 42 FAT-32-Version. Bei Microsoft stets 0x x2C 44 Clusternummer, an der das Stammverzeichnis beginnt. Meistens 2 4 0x30 48 Sektornummer des FS Information Secotr - In der Regel x32 50 Sektornummer der Bootsektorkopie Microsoft empfiehlt 6 (Regelfall) 2 0x34 54 Reserviert für spätere Erweiterungen 12 0x40 64 Physische BIOS-Laufwerksnummer 1 0x41 65 Reserviert 1 0x42 66 Erweiterte Bootsignatur 1 0x43 67 Dateisystem-ID (Seriennummer) 4 0x47 71 Name des Dateisystems (ungenutzt) 11 0x52 82 FAT-Version FAT32 8 0x5A 90 Boot-Code 420 0x1FE 510 Bootsignatur (0x55h 0xAA) 2 Größe Byte Reservierte Sektoren Zwischen Bootsektor und der ersten FAT können Sektoren reserviert werden, die vom Dateisystem nicht benutzt werden. Dieser Bereich kann von einem Bootmanager oder für betriebssystemspezifische Erweiterungen genutzt werden. Auf den meisten FAT-12- oder FAT-16-Dateisystemen existieren außer dem Bootsektor keine weiteren reservierten Sektoren. Die FAT folgt somit direkt im Anschluss an den Bootsektor. FAT-32-Dateisysteme enthalten in der Regel noch einige Erweiterungen zum Bootsektor sowie eine komplette Sicherungskopie des Bootsektors und der Erweiterungen.

9 File Allocation Table von Beispiel 1 Panasonic (FAT 16) Die folgende Tabelle zeigt den Boot-Sektor einer SD-Karte, welche mit einem speziellen Formatierungstool der Firma Panasonic formatiert wurde. Das Tool wurde verwendet, weil sich Windows nach Aussagen von Panasonic bei der Formatierung nicht an die Vorgaben der SD-Karten Spezifikation hält. Für die darauf folgende Interpretation muss noch erwähnt werden das FAT-System grundsätzlich little endian als Byte- Reihenfolge benutzt Bennenungen von Byte-Reihenfolge.. Interpretation der Einträge: Adresse Beschreibung 0x0 Sprunganweisung: EB Short Jump mit Offset Null + ein NOP (90) 0x03 0x0B Name des OEM: hier nur Leerzeichen (0x20) Bytes pro Sektor: little endian 0x0200 = 512 Byte 0x0D Sektoren pro Cluster: x0E Anzahl der reservierten Sektoren: x x10 Anzahl der Kopien der FAT: 02 = 2 0x11 Möglichen Einträge im Hauptverzeichnis: x0200 = 512 0x13 Gesamtsektoranzahl des Mediums : x15 Datenträger-Kennung: F8 für Festplatte 0x16 Sektoren je FAT: 7B 00 0x007B 123 0x18 Sektoren je Track: 3F 00 0x003F 63 0x1A Anzahl der Köpfe: x x1C Reservierte Sektoren am Beginn des Datenträgers: E xE x20 Gesamtzahl der Sektoren in der Partition: F 00 0x0F x24 0x26 Laufwerksnummer Erste Festplatte Erweiterte Boot-Signatur (29h) 0x27 Dateisystem-ID: 1A FD B2 A8 0xA8B2FD1A x2B Datenträgerbezeichnung: ASCII-String No Name 0x36 FAT Name: FAT16 0x3E 0x1FE Boot-Code (Programmcode) hier kommt da nichts. Signatur (55h AAh)

10 File Allocation Table von 34 Das Formatierungstool zeigte nach Beendigung der Formatierung folgende Vollzugsmeldung: Diese Angaben können wir nun anhand des Boot-Sektor-Auszugs bestätigten: Cluster-Size: 32 Sektoren je Cluster a 512 Byte = Byte Total Space: Gesamtzahl der Sektoren x 512 Byte = Byte abzüglich: Sektoren je FAT 2*123 x 512 Byte = Byte Bootsektor 1 x 512 Byte = 512 Byte Speicher für Verzeichnis 512 x 32 Byte= Byte ergibt Byte

11 File Allocation Table von Beispiel 2 Windows (FAT16) Die folgende Tabelle zeigt den Boot-Sektor einer SD-Karte, welche mit Windows Vista formatiert wurde. Interpretation der Einträge: Adresse Beschreibung 0x0 Sprunganweisung: EB 3C 90 Short Jump mit Offset 60 + ein NOP (90) 0x03 Name des OEM: MSDOS5.0 0x0B Bytes pro Sektor: little endian 0x0200 = 512 Byte 0x0D Sektoren pro Cluster: x0E Anzahl der reservierten Sektoren: x (!!!) 0x10 Anzahl der Kopien der FAT: 02 = 2 0x11 Möglichen Einträge im Hauptverzeichnis: x0200 = 512 0x13 Gesamtsektoranzahl des Mediums : x15 Datenträger-Kennung: F8 für Festplatte 0x16 Sektoren je FAT: 7B 00 0x007B 123 0x18 Sektoren je Track: 3F 00 0x003F 63 0x1A Anzahl der Köpfe: FF 00 0x00FF 255 (!!!) 0x1C Reservierte Sektoren am Beginn des Datenträgers: E xE x20 Gesamtzahl der Sektoren in der Partition: F 00 0x0F x24 Laufwerksnummer Erste Festplatte 0x26 Erweiterte Boot-Signatur (29h) 0x27 Dateisystem-ID: 2D EC FE B4 0xB4FEEC2D (!!!) 0x2B Datenträgerbezeichnung: ASCII-String No Name 0x36 FAT Name: FAT16 0x3E Boot-Code (Programmcode) hier kommt einiges, was aber hier nicht erläutert werden soll. 0x1FE Signatur (55h AAh)

12 File Allocation Table von Anfangsadresse Mit den Informationen aus dem Bootblock lassen sich die Anfangsadressen der einzelnen Bereiche des FAT- Dateisystems berechnen. Bei der Panasonic-Karte ergeben sich diese wie folgt. Bytes pro Sektor 512 Sektoren je Cluster 32 Anzahl reservierter Sektoren Anzahl der FAT-Kopien 1 2 Max. Einträge Hauptverzeichnis 512 Sektoren je FAT 123 Bereich Aderesse (dez) Adresse (hex) Bootsektor 0 0 FAT FAT F800 Stammverzeichnis EE00 0. Cluster E00 1. Cluster E00 2. Cluster AE00 3. Cluster EE00 4. Cluster E00 5. Cluster E00 6. Cluster AE00 7. Cluster EE00 8. Cluster E00 9. Cluster E Cluster AE Cluster EE Cluster E Cluster E Cluster AE Cluster EE Cluster E00

13 File Allocation Table von 34 5 Die FAT Die FAT ist eine Art Tabelle fester Größe, in welcher die belegten und freien Cluster eines FAT-Dateisystems verwaltet werden. Wie schon beschriebe ist der Datenspeicher in eine feste Anzahl von Cluster unterteilt. Ein Cluster als Verwaltungseinheit kann aus einem oder mehreren Sektoren bestehen. Eine Datei kann je nach Größe mindestens einen oder aber auch mehrere Cluster belegen. Zu jedem dieser Cluster existiert ein Eintrag in der FAT Adresse hex/dez Beschreibung 0x Datenträger-Kennung/Media Descriptor Byte: F8 für Festplatte; FX für Diskette 2 0x Partition Status: 0xFFFF : Clean Die Partition ist fehlerfrei 0xFFF7 : Dirty Die Partition ist in Benutzung ein Schreibvorgang ist aktiv. Ist dieser Zustand beim Systemstart gesetzt, so kann das bedeuten das beim letzten Abschalten die Aktion nicht sauber beendet wurde. 0x Cluster 0 2 0x Cluster 1 2 0x Cluster 2 2 0xFFF6 Cluster Der Eintrag eines Clusters kann folgende Inhalte / Zustände haben. Bedeutung Wert FAT 12 FAT 16 FAT 32 Freier Cluster 0x000 0x0000 0x Defekter Cluster 0xFF7 0xFFF7 0xFFFFFFF7 Letzter Cluster einer Kette 0xFF8 0xFFF 0xFFF8 0xFFFF 0xFFFFFFF8-0xFFFFFFFF Sonstiger Cluster einer Kette 0x002 < X < 0xFF6 0x0002< X < 0xFFF6 0x < X < 0xFFFFFFF6 Größe Byte Die belegten Cluster einer Datei bilden eine verkettete Liste, die Clusterkette genannt wird. Dazu beinhaltet der Eintrag des Clusters die Nummer des Clusters mit dem weiteren Dateiinhalt, wenn der Cluster nur einen Teil einer Datei beinhaltet. Endet die Datei in einem Cluster so wird dieser mit der Endekennung Letzter Cluster einer Kette gekennzeichnet. Der Einstieg in diese Kette erfolgt über das Stammverzeichnis in dem der erste und evtl. auch letzte Cluster einer Datei adressiert wird. Wegen ihrer grundlegenden Bedeutung für das Dateisystem existieren in der Regel zwei Kopien der FAT, um bei Datenverlust noch immer eine funktionsfähige andere FAT zu haben. Mit diversen Programmen ist eine Datenwiederherstellung in vielen Fällen möglich. Auf Installationsdisketten oder mit Spezialprogrammen formatierten Medien findet man manchmal keine zweite FAT, wodurch der verfügbare Speicherplatz etwas größer wird. Theoretisch ist es auch möglich, ein Dateisystem mit mehr als zwei FAT-Kopien zu formatieren. Diese Dateisysteme können zwar in der Regel von jedem Betriebssystem gelesen werden, jedoch wird die dritte (und jede weitere FAT-Kopie) bei Schreibzugriffen meist nicht aktualisiert, so dass bei Beschädigung der ersten beiden FATs oft keine Reparatur über die weiteren Kopien möglich ist. 2

14 File Allocation Table von 34 Beispiel: SD-Karte mit Panasonic Formatierung Gemäß den Informationen aus dem vorherigen Kapitel reserviert das Tool von Panasonic bei der Formatierung keine weiteren Sektoren aus den Bootsektor selbst... 0x0E Anzahl der reservierten Sektoren: x x10 Anzahl der Kopien der FAT: 02 = 2 0x11 Möglichen Einträge im Hauptverzeichnis: x0200 = 512 0x13 Gesamtsektoranzahl des Mediums : x15 Datenträger-Kennung: F8 für Festplatte 0x16 Sektoren je FAT: 7B 00 0x007B 123 Damit beginnt die erste FAT-Kopie im zweiten Sektor also nach 512 Byte = 0x0200 Die zweite Kopie beginnt gleich nach der ersten FAT, welche eine Größe von 123 Sektoren hat. 123*512Byte=62976 Byte = 0xF600 Adresse der zweiten FAT lautet somit 0xF800. Adresse Bedeutung Inhalt Erläuterung 0x200 Media Descriptor 0xFFF8 Festplatte (interessant wie klein die geworden sind) 0x202 Partitionstatus 0xFF FF akt. Keine Schreibzugriffe aktiv 0x204 Cluster 0 0xFFFF belegt - Endekennung 0x206 Cluster 1 0xFFFF belegt - Endekennung 0x208 Cluster 2 0xFFFF belegt - Endekennung 0x20A Cluster 3 0x0006 nächster Cluster 6 (Anfang der Datei) 0x20C Cluster 4 0x0007 nächster Cluster 7 0x20E Cluster 5 0x0008 nächster Cluster 8 0x210 Cluster 6 0xFFFF Endekennung (Ende der Datei) 0x212 Cluster 7 0x0000 Freier Cluster 0x212 Cluster 8 0x0000 Freier Cluster 0x214..

15 File Allocation Table von 34 6 Das Stammverzeichnis Das Stammverzeichnis (engl. root directory), auch Wurzelverzeichnis oder Hauptverzeichnis genannt, ist eine Tabelle von Verzeichniseinträgen. Jede Datei oder Unterverzeichnis wird in der Regel durch je einen Verzeichniseintrag von 32 Byte Länge repräsentiert. Das Stammverzeichnis folgt bei FAT 12 und FAT 16 direkt der FAT und hat eine feste Größe, und damit die Maximalanzahl an Verzeichniseinträgen. Diese wird beim Formatieren des Dateisystems festgelegt und kann später außer mit Spezialsoftware nicht mehr geändert werden.bei FAT 32 hat das Stammverzeichnis eine variable Größe und kann an einer beliebigen Position des Datenbereichs beginnen. Adresse hex/dez Verzeichniseintrag Beschreibung 0x00 0 Dateiname - nicht genutzten Bytes werden mit Leerzeichen aufgefüllt. 8 0x08 8 Erweiterung - die nicht genutzten Bytes werden mit Leerzeichen aufgefüllt. 3 0x0B 11 Dateiattribute. Bit 0: Schreibgeschützt; Bit 1: Versteckt; Bit 2: Systemdatei; Bit 3: Volume-Label; Bit 4: Unterverzeichnis; Bit 5: Archiv; Bit 6 7: ungenutzt Die zusätzlichen Pseudo-Verzeichniseinträge für VFAT (siehe weiter unten) haben das Attribut 0x0F (Schreibgeschützt, Versteckt, Systemdatei, Volume-Label) 0x0C 12 reserviert 1 0x0D 13 Erstellzeitpunkt in 10ms. Von 0 bis x0E 14 Erstellzeitpunkt; siehe 0x16 2 0x10 16 Erstelldatum; siehe 0x18 2 0x12 18 Datum des letzten Zugriffs; siehe 0x18 2 0x14 20 Bei FAT32 die oberen beiden Bytes des Clusters 2 0x16 22 Zeit der letzten Änderung (5 / 6 / 5 Bits für Stunde / Minute / Sekunden) Die Auflösung der Sekunden beträgt 2 s (0..29) 0x18 24 Datum der letzten Änderung (7 / 4 / 5 Bits für Jahr / Monat / Tag) Jahr: Jahr seit 1980; z. B. für 2007 = 27 0x1A 26 Offset des Start-Clusters (+ 2 wegen Offset in FAT-Tabelle) 2 0x1C 28 Dateigröße in Byte 4 Größe Byte Zusammenspiel: Soll nun eine Datei gelesen werden, wird der zugehörige Verzeichniseintrag herausgesucht. Neben den Attributen kann hier nun der Startcluster selektiert werden. Die weiteren Cluster werden dann über die FAT herausgesucht. Am Ende terminiert die Weitersuche durch einen FAT-Tabelleneintrag mit dem Wert FFFFFFh

16 File Allocation Table von 34 Beispiel: SD-Karte mit Panasonic Formatierung Für diese Beispiel wurden auf der frisch Formatierten SD-Card folgende Dateien und Verzeichnisse angelegt. ROOT > Dir (Verzeichnis) > DirDatei.txt > Datei.txt (leere Datei) > 4Cluster.txt (Text Inhalt Bytes) Das Stammverzeichnis beginnt nach den beiden Kopien der FAT-Tabelle, d.h. bei: Adresse der zweiten FAT 0xF800 Länge der FAT 123Sektoren*512Byte=62976 Byte = 0xF600 ergibt als Startadresse für das Stammverzeichnis 0x1EE00

17 File Allocation Table von 34 Erster Eintrag: Adresse Bedeutung Inhalt Erläuterung 0x00 Dateiname SDCARD 0x08 Erweiterung 0x0B Dateiattribute. 0x08 Bit 0: Schreibgeschützt; Bit 1: Versteckt; Bit 2: Systemdatei; Bit 3: Volume-Label; Bit 4: Unterverzeichnis; Bit 5: Archiv; 0x0C 0x0D 0x0E 0x10 reserviert Erstellzeitpunkt [ms] Erstellzeitpunkt Erstelldatum 0x12 Datum des letzten Zugriffs 0x x14 ( nur FAT32 ) 0x16 Zeit der letzten Änderung 0xA640 B1010.0/ / Sekunden Minuten Stunden 20:50:00 (5 / 6 / 5 Bits für Stunde / Minute / Sekunden) Die Auflösung der Sekunden beträgt 2 s (0..29) 0x18 Datum letzten Änderung 0x3CD3 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 (7 / 4 / 5 Bits für Jahr / Monat / Tag) Jahr: Jahr seit 1980; z. B. für 2007 = 27 0x1A Start-Clusters x1C Dateigröße in Byte

18 File Allocation Table von 34 Zweiter Eintrag Wir ignorieren zunächst einmal den Eintrag mit den roten Rahmen und schauen den Orangen an. Adresse Bedeutung Inhalt Erläuterung 0x00 Dateiname DIR 0x08 Erweiterung 0x0B Dateiattribute. 0x10 Bit 0: Schreibgeschützt; Bit 1: Versteckt; Bit 2: Systemdatei; Bit 3: Volume-Label; Bit 4: Unterverzeichnis; Bit 5: Archiv; 0x0C reserviert 0x00 0x0D Erstellzeitpunkt [ms] 0x52 0x0E Erstellzeitpunkt 0xA642 B1010.0/ / *2 = 4Sekunden Minuten Stunden 20:50:04 (5 / 6 / 5 Bits für Stunde / Minute / Sekunden) Die Auflösung der Sekunden beträgt 2 s (0..29) 0x10 Erstelldatum 0x3CD3 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 (7 / 4 / 5 Bits für Jahr / Monat / Tag) Jahr: Jahr seit 1980; z. B. für 2007 = 27 0x12 Datum des letzten Zugriffs 0x3CD4 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x14 ( nur FAT32 ) 0x0000 0x16 Zeit der letzten Änderung 0xA643 B1010.0/ / *2 = 6 Sekunden Minuten Stunden 20:50:06 0x18 Datum letzten Änderung 0x3CD3 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x1A Start-Clusters x1C Dateigröße in Byte

19 File Allocation Table von 34 Vierter Eintrag gelöschter Eintrag zu Erkennen an dem Inhalt des ersten Bytes E5 Siebter Eintrag Wir ignorieren zunächst einmal den Eintrag mit den lila Rahmen und schauen den Orangen an. Adresse Bedeutung Inhalt Erläuterung 0x00 Dateiname Datei 0x08 Erweiterung TXT 0x0B Dateiattribute. 0x20 Bit 0: Schreibgeschützt; Bit 1: Versteckt; Bit 2: Systemdatei; Bit 3: Volume-Label; Bit 4: Unterverzeichnis; Bit 5: Archiv; 0x0C reserviert 0x00 0x0D Erstellzeitpunkt [ms] 0xAB 0x0E Erstellzeitpunkt 0xA646 B1010.0/ / *2 = 12Sekunden Minuten Stunden 20:50:04 (5 / 6 / 5 Bits für Stunde / Minute / Sekunden) Die Auflösung der Sekunden beträgt 2 s (0..29) 0x10 Erstelldatum 0x3CD3 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 (7 / 4 / 5 Bits für Jahr / Monat / Tag) Jahr: Jahr seit 1980; z. B. für 2007 = 27 0x12 Datum des letzten Zugriffs 0x3CD4 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x14 ( nur FAT32 ) 0x0000 0x16 Zeit der letzten Änderung 0xA64E B1010.0/ / *2 = 28 Sekunden Minuten Stunden 20:50:06 0x18 Datum letzten Änderung 0x3CD3 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x1A Start-Clusters Datei startet bei ->Cluster 2 0x1C Dateigröße in Byte E 14 Byte

20 File Allocation Table von 34 Zwölfter Eintrag Wir ignorieren zunächst einmal den Eintrag mit den orangen Rahmen und schauen den Roten an. Adresse Bedeutung Inhalt Erläuterung 0x00 Dateiname 4Cluster 0x08 Erweiterung TXT 0x0B Dateiattribute. 0x20 Bit 0: Schreibgeschützt; Bit 1: Versteckt; Bit 2: Systemdatei; Bit 3: Volume-Label; Bit 4: Unterverzeichnis; Bit 5: Archiv; 0x0C reserviert 0x00 0x0D Erstellzeitpunkt [ms] 0x46 0x0E Erstellzeitpunkt 0xA48F B1010.0/ / *2 = 30 Sekunden Minuten Stunden 20:50:04 (5 / 6 / 5 Bits für Stunde / Minute / Sekunden) Die Auflösung der Sekunden beträgt 2 s (0..29) 0x10 Erstelldatum 0x3CD4 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 (7 / 4 / 5 Bits für Jahr / Monat / Tag) Jahr: Jahr seit 1980; z. B. für 2007 = 27 0x12 Datum des letzten Zugriffs 0x3CD4 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x14 ( nur FAT32 ) 0x0000 0x16 Zeit der letzten Änderung 0xAACE B1010.1/ / *2 = 28 Sekunden Minuten Stunden 21:22:28 0x18 Datum letzten Änderung 0x3CD4 B /0.110/ Tag Monat Jahr =2010 0x1A Start-Clusters Datei startet bei ->Cluster 5 0x1C Dateigröße in Byte D3 BD Byte So wenn wir uns die zugehörige FAT vorlegen, so erkennen wir das ab Cluster 5 die Datei liegt, welche sich über mehrere Cluster gezogen hat.

21 File Allocation Table von 34 So nun sind wir eigentlich durch, aber wie der aufmerksame Leser sicher bemerkt hat... da waren noch Teile der Einträge die wir nicht betrachtet hatten, wie z.b. den des letzten Eintrags der Datei 4Cluster.txt. Nun dieser Eintrag gehört zu den langen Namen, welche Windows seit Win NT 3.5 unterstützt. Als die langen Filenamen eingeführt wurden suchte man nach einer Möglichkeit diese in das Datei-System zu integrieren ohne das es dabei für die älteren Betriebssysteme unleserlich wird. Dazu bediente man sich eines kleinen Tricks. Zunächst wir ein ganz normaler Verzeichniseintrag mit einer verkürzten Form des Dateinamens angelegt, über diesen ist die Datei auch für die älteren Betriebssysteme zugänglich welche die langen Dateinamen nicht unterstützen. Der langen Dateiname wird in zusätzlichen Verzeichniseinträge angelegt, welche vor der dem Verzeichniseintrag der Datei mit dem verkürzten Namen stehen. Diese bekommen allerdings total unmöglichen Dateiattribute 0x0F, d.h. eine Datei ist sowohl Verzeichnis, Archiv, versteckt und Systemdatei. Das macht für keine Datei Sinn. Zusätzlich wird der ebenso unmögliche Cluster 0x0000 als Start der Datei angegeben. In derart gekennzeichneten Einträgen wird der lange Namen der Datei in UNICODE (16 Byte je Zeichen) abgelegt. Der Aufbau dieser Einträge ist wie folgt. Adresse hex/dez Verzeichniseintrag für lange Namen Beschreibung 0x00 0 Ordnungsfeld (ordinal field) enthält eine Ordnungszahl mit der die Reihenfolge der Einträge bestimmt werden kann 0x01 1 Unicode-Zeichen 1 bis 5 2 0x x x x x0B 11 Dateiattribute zur Kennzeichnung = 0x0F 1 0x0C 12 Reserviert immer 0x00 1 0x0D 13 Checksumme gebildet aus dem 8.3-Dateinamen siehe unten. Diese Checksumme wird in allen Einträgen eingetragen, welche zu dem 8.3-Namen gehören 0x0E 14 Unicode-Zeichen 6 bis 11 0x10 16 Der Eintrag endet mit einer Stringendekennung mit 0x0000, wobei die verbleibenden 2 0x12 18 Zeichen mit FF aufgefüllt werden. 2 0x x x x1A 26 Kennung über ungültigen Start-Cluster = 0x x1C 30 Unicode-Zeichen x1E 30 Unicode-Zeichen 13 2 Größe Byte 1 1 2

22 File Allocation Table von 34 Ordnungsfeld Das erste Byte der 32 Byte des Verzeichniseintrags wird das Ordnungsfeld genant. Es teilt dem System durch eine absteigender Nummerierung mit in welcher Reihenfolge die Einträge zu lesen sind. Nur der Eintrag des aller ersten Verzeichniseintrags mit den langen Dateinamen ist anders. Er definiert die Länge des langen Dateinamens. 0x41 : 'a' Länge des Dateinamens 0 bis 13. 0x42 : 'b' Länge des Dateinamens 14 bis 26. 0x4c : 'c' Länge des Dateinamens 27 bis x53 : 's' Länge des Dateinamens 235 bis x54 : 't' Länge des Dateinamens 248 bis 250. Beispiel: Hier ist der Eintrag einer Datei mit 25 Zeichen im Namen dargestellt ( abcdefghijkmnopqrstuvwxyz.dat ) Bestimmung der Checksumme: 1. Nimm den ASCII Code des ersten Zeichen und nimm es als Summe 2. Rotiere alle Bits deiner Summe um ein Bit nach Rechts 3. Addiere den ASCII Code des nächsten Zeichens zur Summe 4. Wiederhole die Schritte 2 und 3 mit allen 11 Zeichen des 8.3 Dateinamens. Beispiel 1: DOS-Name ABCDEF~1DAT - Checksumme = 0x98 A 0x41 = = 0xA0 B 0x42 + 0xA0 = 0xE = 0x71 C 0x43 + 0x71 = 0xB = 0x5A D 0x44 + 0x5A = 0x9E = 0x4F E 0x45 + 0x4F = 0x = 0x4A F 0x46 + 0x4A = 0x = 0x48 ~ 0x7E + 0x48 = 0xC = 0x63 1 0x31 + 0x63 = 0x = 0x4A D 0x44 + 0x4A = 0x8E = 0x47 A 0x41 + 0x47 = 0x = 0x44 T 0x54 + 0x44 = 0x98 Beispiel 2: DOS-Name UNTITLEDTXT - Checksumme = 0x44 U 0x55 = = 0xAA N 0x4E + 0xAA = 0xF = 0x7C T 0x54 + 0x7C = 0xD = 0x68 I 0x49 + 0x68 = 0xB = 0xD8 T 0x54 + 0xD8 = 0x2C = 0x16 L 0x4C + 0x16 = 0x = 0x31 E 0x45 + 0x31 = 0x = 0x3B D 0x44 + 0x3B = 0x7F = 0xBF T 0x54 + 0xBF = 0x = 0x89 X 0x58 + 0x89 = 0xE = 0xF0 T 0x54 + 0xF0 = 0x44

23 File Allocation Table von 34 Hier noch ein Bild das den Aufbau der langen Dateinamen noch einmal genauer zeigt. Interessant ist das Windows Vista mit dem die Dateien angelegt wurden einen langen Dateinamen anlegt und das obwohl der Name die 8.3 Regel nicht verletzt.

24 File Allocation Table von 34 7 Unterverzeichnisse Wir haben nun das Stammverzeichnis und dessen Verzeichniseinträgen zu den Dateien betrachtet, dabei haben wir auch schon den Eintrag des Unterverzeichnisses Dir ausgelesen. Im Grunde unterscheidet sich dieser in nichts von dem Eintrag einer Datei nur hat er als Attribut 0x10 - das Bit Unterverzeichnis gesetzt und eben eine Datei-Länge Null. Es hat aber dennoch einen Verweis auf einen Start-Cluster. In diesem Cluster befindet sich dann die Verzeichnisstruktur dieses Unterverzeichnisses, quasi als Dateiinhalt. Das bedeutet aber auch das jedes Unterverzeichnis mindestens einen kompletten Cluster belegt. Benötigt der Inhalt des Unterverzeichnisses mehr Speicher dann erfolgt eben eine Erweiterung um einen weiteren Cluster in der FAT. Man sieht aus Sicht des Dateisystems wird ein Unterverzeichnis wie eine Datei verwaltet. Die Struktur der Verzeichniseinträge des Unterverzeichnisses ist ebenfalls die gleiche wie beim Stammverzeichnis. Der einzige Unterschied besteht in den ersten beiden Einträgen. Hier werden mit dem Namen '.' und '..' die ein Zeiger auf sich selbst und das vorherige Verzeichnis eingerichtet. Das ermöglicht dem System beliebig zwischen den Verzeichnissen hin und her zu wechseln ohne sich immer auf eine Suche zu begeben, oder eigene Datenstrukturen dafür anzulegen. Um das Prinzip zu verdeutlichen wurde die Verzeichnisstruktur aus dem vorherigen Kapitel noch einmal um ein weiteres Unterverzeichnis Dir2 erweitert. ROOT > Dir (Verzeichnis) > DirDatei.txt > Dir2 (Verzeichnis) > DatDir2.txt > Datei.txt (leere Datei) > 4Cluster.txt (Text Inhalt Bytes)

25 File Allocation Table von 34 Erster Eintrag: Wie wir vorher schon gesehen haben verweist der Eintrag des Unterverzeichnisses Dir im Stammverzeichnis auf den Cluster 0, dabei war der Eintrag 0x0002 mit einem Offset von 2 belegt. Cluster 0 beginnt ab Adresse 0x22E00 (siehe Tabelle im Kapitel des Bootsektors Abschnitt 4.4. Dort finden wir auch gleich den folgenden Eintrag. Der erste, rot markierte Eintrag steht auch gleich, wie beschrieben, für das eigene Verzeichnis Dir mit dem Namen '.' oder eben 0x2E. Der Start-Cluster (oranger Rahmen) steht auf Cluster 0 (0x0002-2), also auf genau der Adresse des Eintrags. Zweiter Eintrag: Der zweite, grün markierte Eintrag mit dem Namen '..' oder eben 0x2E2E steht für das übergeordnete Verzeichnis. Da es sich hierbei um das Stammverzeichnis handelt ist der Start-Cluster (oranger Rahmen) auf 0x0000. Syntaktisch ist das nicht korrekt, denn damit wäre es der Cluster -2 aber das muss bei der Interpretation des Eintrages entsprechend berücksichtigt werden. Dritter bis fünfter Eintrag: Bei den Einträgen drei bis fünf handelt es sich wieder um gelöschte Einträge erkennbar am Eintrag 0xE5 im ersten Byte. Vierter Eintrag: Beim vierten Eintrag handelt es sich um die Datei DirDatei.txt im Unterverzeichnis Dir - wieder ebenfalls mit einem zusätzlichen Eintrag für einen langen Dateinamen in UNICODE formatiert. Die Datei befindet sich im Cluster 2 (Eintrag 0x0004-2) also ab Adresse 0x2AE00. Schauen wir dort nach finden wir auch den Textinhalt der Datei.

26 File Allocation Table von 34 Fünfter Eintrag: Der fünfte und letzte Eintrag in diesem Unterverzeichnis ist der des zweiten Unterverzeichnisses Dir2, welches ebenfalls mit einem UNICODE Eintrag und einem normalen Eintrag mit der Kurznamen angelegt wurde. Dessen Eintrag verweist auf den Cluster 7 (0x0009-2) und somit auf Adresse 0x3EE00. Hier beginnt das Spiel aufs Neue: Erster Eintrag mit dem Namen '.' auf das eigene Verzeichnis Cluster 7 (0x0009-2) Zweiter Eintrag mit dem Namen '..' auf das vorherige Verzeichnis Cluster 0 (0x0002-2) Das war die Adresse 0x22E00 ab der die Tabelle des Verzeichnisses Dir liegt. Dritter bis Fünfter Eintrag gelöschte Einträge siehe 0xE5 Sechster Eintrag ist die Datei DatDir.txt mit UNICODE und Kurznamen Eintrag.

27 File Allocation Table von 34 8 Hintergrund-Informationen zu FAT 8.1 FAT12 Quelle: Wikipedia Mit der 1980 erschienenen ersten Version von QDOS wurde FAT als Dateisystem eingeführt. Anfangs wurden keine Unterverzeichnisse verwaltet. Das änderte sich mit MS-DOS Version 2.0. FAT12 wird nur auf Datenträgern bzw. Partitionen bis zu einer Größe von 16 MiB eingesetzt; es ist bis heute auf allen FAT-formatierten 3,5?-Disketten im Einsatz. Merkmale: 12-Bit-Clusternummern, mit denen 212 = 4096 Cluster angesprochen werden können. Die Nummerierung der Cluster beginnt auf Disketten bei der Nummer 2. Es werden nur Dateinamen im Schema 8.3 (acht Zeichen für den Dateinamen und drei Zeichen für die Dateinamenserweiterung) unterstützt. Die Clustergröße beträgt 512 Byte bis 4096 Byte. Das Hauptverzeichnis (Root-Directory) der Partition ist auf eine Größe von 14 Clustern beschränkt, dadurch ergibt sich eine maximale Anzahl von 224 Einträgen (Verzeichnisse oder Dateien). Normalerweise wird der erste Eintrag durch die Bezeichnung des Datenträgers belegt. Unterstützt die Dateiattribute Schreibgeschützt, Versteckt, System und Archiv Es werden keine Berechtigungen für Dateien oder Ordner unterstützt Lange Dateinamen auf Disketten Um lange Dateinamen auf FAT12-Disketten einsetzen zu können, nutzt Windows die VFAT-Erweiterung. Mehrere zusätzliche Verzeichniseinträge liegen vor dem eigentlichen Verzeichniseintrag im FAT12-Format zur Speicherung des langen Dateinamens. Ältere Systeme (z. B. MS-DOS) ignorieren diese Verzeichniseinträge, da sie durch eine spezielle Kombination von Attributen markiert sind, u. a. als Volume und Hidden. 8.2 FAT16 Quelle: Wikipedia FAT16 ist ein Dateisystem, das 1983 zu FAT12 dazu kam. Durch die zunehmende Größe der eingesetzten Festplatten wurde eine Erweiterung des Adressraumes notwendig. Nun waren selbst mit 512-Byte-Clustern insgesamt 32 MiB große Platten verwaltbar. Die ursprüngliche FAT16-Implementierung verwendete auf partitionierten Medien in der Regel (abhängig vom jeweiligen DOS-OEM) den Partitiontyp 04h und einen noch vergleichsweise kurzen BIOS Parameter Block (BPB) im Bootsektor, dessen genauer Aufbau und Inhalt insbesondere bei DOS 2.x noch stark vom OEM der verwendeten DOS- Version abhing, jedoch in allen Fällen nur einen 16-Bit breiten Eintrag für die Zahl der Sektoren enthielt und die Größe von FAT16-Laufwerken damit auf 32 MiB bis 512 MiB (je nach Betriebssystemversion) beschränkte. Mit OS/2 Release 1 wurde ein Enhanced BIOS Parameter Block (EBPB) eingeführt, erkennbar am Signaturbyte 28h an Offset +26h, der mit der Einführung von DOS 3.31 schon sehr bald durch den nochmals erweiterten, heute allgemein für FAT12 und FAT16 verwendeten Extended BIOS Parameter Block (XBPB) mit Signatur 29h an Offset +26h ersetzt wurde. EBPB und XBPB zeichnen sich u. a. dadurch aus, dass der Eintrag für die Zahl der Sektoren auf 32 Bit Breite wuchs, womit erstmals FAT16-Laufwerke mit bis zu 2 GiB, später 4 GiB, möglich wurden, auch wenn die damaligen Betriebssysteme davon noch keine Gebrauch machen konnten. Diese größere Variante von FAT16 wurde in Entwicklerkreisen "BIGDOS" genannt, daher stammt auch ihr offizieller Name "FAT16B". Da ältere Betriebssysteme mit diesem neuen Typ nicht arbeiten konnten, wurde für die Verwendung auf partitionierten Medien auch ein neuer Partitionstyp (06h) dafür definiert. Die alte FAT16-Variante wird zwar nach wie vor unterstützt, findet

28 File Allocation Table von 34 aber (bis auf die forcierte Erzeugung von sehr kleinen FAT16-Partitionen mit dem Partitionstyp 04h) in der Praxis keine Verwendung mehr, da spätestens seit DOS 5 bei der Erzeugung von FAT12- und FAT16-Partitionen gleichermaßen nur noch Bootsektoren mit XBPB geschrieben werden, um einige neue Betriebssystemfunktionen optimal zu unterstützen. Die Tatsache, dass es eigentlich zwei FAT16-Typen gibt, ist in der Allgemeinheit nicht mehr präsent, mehr noch, da FAT12 fast nur noch für Disketten verwendet wird, wird heute FAT oft fälschlicherweise nur mit FAT16 (und das auch nur in der beschriebenen "FAT16B"-Variante) gleichgesetzt, obwohl darunter eigentlich mehrere FAT12- und FAT16- Typen zu verstehen wären. Allerdings benötigt das Server-Betriebssystem Novell-Netware bis zur Version 4.0 noch eine bis zu 16 MiB große DOS -Boot-Partition, die (automatisch) mit FAT12 erzeugt wurde. Merkmale: Einträge sind möglich, allerdings nur 512 im Rootverzeichnis. Es können = Cluster angesprochen werden (12 Cluster reserviert FAT16, deshalb nicht ). 8.3-Dateinamensformat Die Partitionsgröße ist unter MS-DOS und Windows 9x (die auf DOS basieren) auf 2 GiB begrenzt. Windows NT, FreeDOS und Enhanced DR-DOS können auch knapp unter 4 GiB große FAT16-Partitionen erzeugen und verwalten. (Clustergröße 64 KiB) Die Cluster sind je nach Partitionsgröße zwischen 512 Byte und maximal 32 KiB (Windows NT und Enhanced DR-DOS maximal 64 KiB) groß. Dateien dürfen bis 2 GiB groß werden, unter Windows NT und Enhanced DR-DOS 4 GiB. Das Haupt-(Root-)Verzeichnis muss sich an einer bestimmten Position auf dem Datenträger befinden. Seine Größe wird bei Erstellung des Dateisystems festgelegt, d. h. es kann nicht wachsen. Eine Weiterentwicklung erfolgte mit FAT FAT32 Quelle: Wikipedia FAT32 ist ein von Microsoft entwickeltes Dateisystem, das seit 1997 die Vorgängerversion FAT16 ergänzt. Partitionen kleiner als 512 MB werden nach wie vor mit FAT16 erzeugt, von 512 MiB bis 2 GiB hat man die Wahl, ab 2 GiB wird FAT32 benutzt. Es wurde 1997 mit Windows 95b (auch b bezeichnet) eingeführt. Die Adressierung arbeitet mit 32 Bit, wovon 4 Bit reserviert sind, so dass 228 = Cluster adressiert werden können. FAT32 kann außerdem mit allen neueren Windows-Versionen (98, 2000, ME, XP, Vista, 7 und Mobile) sowie anders als NTFS problemlos auch mit FreeDOS und Enhanced DR-DOS verwendet werden. Da Windows je nach Version von Haus aus nur wenige Dateisysteme unterstützt, wird FAT32 trotz seiner Beschränkungen zum Datenaustausch sowohl mit anderen Windows-Systemen als auch mit Nicht-Windows-Systemen (etwa Apple Macintosh) eingesetzt, z. B. auf mobilen Festplatten.Spielekonsolen wie beispielsweise die PlayStation 3 oder digitale Satellitenreceiver setzen bei extern angeschlossenen Festplatten häufig FAT32 als Dateisystem voraus. Ein Nachteil von FAT32 ist, dass die maximale Dateigröße auf 4 GiB begrenzt ist. Da bis zu einer Partitionsgröße von 8 GiB ein Cluster nur 4 KiB groß ist (bei der Standardformatierung), werden diese kleinen und alten Platten verhältnismäßig besser ausgenutzt als mit FAT16, wo ein Cluster bis zu 32 KiB belegt (unter Windows NT oder Windows 2000 FAT16-Clustergröße maximal 64 KiB). Merkmale: Es werden bis zu 228 = Cluster verwendet. Sofern auch VFAT unterstützt wird, sind lange Dateinamen möglich. FAT32-Treiber können aber auch nur die kurzen Dateinamen ohne VFAT benutzen, das ist insbesondere in DOS-Versionen mit FAT32-Unterstützung der Fall. Das Dateisystem ist auf 8 Tebibyte (243 Byte) begrenzt, was ca. 8,8 Terabyte entspricht. Dies ergibt sich wie

29 File Allocation Table von 34 folgt: Die Clustergröße ist maximal 215 Byte. Es gibt 228 Adressierungsmöglichkeiten. Also kann maximal ein Bereich von = 243 Byte adressiert werden. Die Cluster sind je nach Partitionsgröße zwischen 512 Byte und maximal 32 KiB groß. Dateien dürfen max. bis zu 4 GiB - 1 Byte (= Byte) groß werden. Es können maximal 228 Dateien abgelegt werden (genauer: Da jede Datei mindestens einen Cluster belegt, beschränkt die Anzahl der Cluster die Anzahl der Dateien). Das Haupt-(Root-)Verzeichnis muss sich nicht an einer bestimmten Position auf dem Datenträger befinden und hat vor allem keine festgelegte Größe; bei den anderen FAT-Varianten wird die maximale Anzahl der Einträge im Hauptverzeichnis bei der Formatierung festgelegt (und kann nachträglich nicht geändert werden). Alte DOS-/Windows-Versionen (bis einschließlich Windows 95 A und Windows NT bis Version 4.0, MS-DOS bis 6.22, PC DOS bis 2000, DR-DOS bis 7.03) können nicht darauf zugreifen. Für Windows NT 4.0 steht mittlerweile ein vollwertiger Treiber kostenlos zur Verfügung. Für beliebige DOS-Systeme ab 3.3 kann der von Matthias Paul für DR-DOS entwickelte dynamisch ladbare DRFAT32-Treiber verwendet werden, der FAT32- Laufwerke über das Redirector-Interface als (erweiterte) CD-Extension mit vollem Schreib-/Lesezugriff in das System einbindet. Unter Windows 2000 und Nachfolgern darf der Benutzer mit der eingebauten Funktion Formatieren maximal 32 GiB große FAT32-Dateisysteme neu erstellen. Auch das Kommandozeilen-Programm format.com hat diese Beschränkung. Der Zugriff auf größere FAT32-Dateisysteme, die mit alternativen Werkzeugen erstellt wurden, ist aber immer möglich. Mit zusätzlichen Programmen kann man jedoch auch unter Windows 2000 oder höher Partitionen größer als 32 GiB mit FAT32 erstellen und formatieren. Das Festplatten- Dienstprogramm von Mac OS X 10.4 und neuer sowie das Linux-Programm mkdosfs (in Verbindung mit fdisk) können auf Festplatten, die größer als 32 GiB sind, eine oder mehrere FAT32-Partitionen mit mehr als 32 GiB Kapazität erzeugen. Es gibt mehrere moderne DOS-Systeme, die FAT32 nativ unterstützen: MS-DOS 7.10/8.00, Enhanced DR- DOS, FreeDOS 1.0, OEM PC DOS 7.10 (der Nachfolger von PC DOS 2000) und Datalight ROM-DOS. Das Speichern von Meta-Informationen für Dateien in Extended Attributes ist nicht mehr möglich. Die Spezifikation kann unter folgendem Link gefunden werden:

30 File Allocation Table von 34 9 Anhang 9.1 Terminologie FAT : File Allocation Table, a data structure present in all FAT volumes FAT1: Die erste Kopie der FAT FAT1 FAT2: Die erste Kopie der FAT FAT2 FAT12: FAT-Dateisystem mit 12-Bit-Cluster-Lösung FAT12 FAT16: FAT-Dateisystem mit 16-Bit-Cluster-Lösung FAT16 FAT32: FAT-Dateisystem mit 32-Bit-Cluster-Adressierung; Win95 SR2 und später FAT32 FAT oder FATxx: File-System das eine File Allocation Table nutzt, VFAT: Der 32-Bit-Code der zur Verwaltung des Dateisystems unterwin9x genutzt wird. Cluster: Einzelne Einheit der Datenspeicherung in einem FATxx Dateisystem Branche: Einzelne Speichereinheit auf dem physikalischen Ebene des Speichers. Physical sector Adresse: Sector-Adresse in absolute physische Hardware Begriffe Physical sector address : Sector address in absolute physical hardware terms CHS-Sektor-Adresse: Cylinder, Head Sektor-Adresse Logische Sektor-Adresse: Sector Volumen-Adresse relativ zu dem FATxx Folder: Eine Sammlung von benannten Elemente wie gesehen über den Windows Explorer Folder File Folder: Moderne Windows-Jargon für "Verzeichnis" Directory: Ein Dateisystem Datenstruktur, die Listen und Dateien / Verzeichnisse Directory-Eintrag: verweist auf eine Datei oder ein Verzeichnis, und enthält Informationen darüber Attribute: Eine Sammlung von Bits in einem Verzeichnis-Eintrag, dass es beschreibt. Partition: Eine Partion ist eine in sich geschlossenen Gebiet auf einem Datenträger, welcher durch ein Dateisystem verwaltet wird. Partitionstabelle: Die Partitionstabelle ist eine Liste im Master-Boot-Record von bis zu vier möglichen Partitionen die auf einem Speicher gehalten werden können, die Liste wird in der Regel vom Bootloader gelesen. 9.2 CHS - Adresse Die CHS-Einträge sind wie folgt kodiert: Da bei modernen Festplatten die Adressierung durch CHS (255 Heads 63 Sektoren 1024 Zylinder 512 Bytes = ca. 8 GiB) nicht ausreicht, wird ab dieser Größe immer 254, 63 und 1023 für die CHS-Werte angegeben und Position und Größe werden dann ausschließlich durch die Sektorangaben festgelegt. Somit ergibt sich auch die maximale Größe von 2 TiB für eine Partition und 4 TiB für eine Festplatte (bei 512 Bytes Sektorengröße). ((232-1) 512 Bytes = ca. 2 TiB) Ergänzende Erläuterung: die Köpfe und Zylinder werden beginnend bei 0 und die Sektoren beginnend bei 1 gezählt.

31 File Allocation Table von LBA - Adresse Der Begriff Logische Blockadressierung (LBA) oder englisch Logical Block Addressing bezeichnet eine Adressierungsmethode bei ATA-Festplatten. Die Blöcke der Festplatte werden im Gegensatz zur dreidimensionalen Zylinder-Kopf- Sektor-Adressierung (CHS) komplett unabhängig von der Festplattengeometrie adressiert. Dabei werden beim LBA- Verfahren die Blöcke einfach gezählt, beginnend mit Null. Jeder LBA-Block entspricht einem einzelnen Sektor der CHS-Adressierung. Bei LBA wird zwischen Adressen mit 28 und 48 Bit unterschieden. Eine 28 Bit lange LBA-Adresse ermöglicht die Adressierung von Blöcken oder (bei einer Block- und Sektorgröße von 512 Byte) 128 GiB. Als Erweiterung wird mit ATA-6 eine 48-Bit-Adressierung (48-Bit-LBA) eingeführt, mit der Blöcke oder 128 PiB adressiert werden können. 48-Bit-LBA kommt bei Festplatten mit Kapazitäten von mehr als 128 GiB zum Einsatz. Dabei ist darauf zu achten, dass das BIOS ebenfalls 48-Bit-LBA unterstützt. Konvertierung von CHS nach LBA: LBA c, h, s = c H h S s 1 - wobei: LBA Adresse des Blocks nach LBA-Verfahren c - Zylinder numer H - Zahl der Leseköpfe h - Lesekopfnummer S - Zahl der Sektoren s - Sektronnummer 9.4 Bennenungen von Byte-Reihenfolge Es gibt zwei Formatangaben: Big-Endian (wörtlich Groß-Ender, siehe auch Etymologie) wird das Byte mit den höchstwertigen Bits (d. h. die signifikantesten Stellen) zuerst gespeichert, das heißt an der kleinsten Speicheradresse. Im Allgemeinen bedeutet der Begriff, dass Daten mit dem größtwertigsten Begriff zuerst genannt werden, wie etwa bei der deutschen Schreibweise der Uhrzeit: Stunden:Minute:Sekunde. Little-Endian (wörtlich Klein-Ender ) wird dagegen das Byte mit den niederwertigsten Bits (d. h. die am wenigsten signifikanten Stellen) an der kleinsten Speicheradresse gespeichert beziehungsweise der kleinstwertigste Begriff zuerst genannt wird wie bei der herkömmlichen deutschen Datumsschreibweise: Tag.Monat.Jahr.

32 File Allocation Table von Wichtige Partitionstypen Die folgende Tabelle ist nur ein Ausschnitt die komplette Übersicht findet man unter 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 Kennung unbenutzt FAT12 (Floppy Disk) XENIX root XENIX user Beschreibung FAT16 (<= 32 MiB) (MS-DOS 3.0) das war die erste Version der FAT16 0x05 Erweiterte Partition (MS-DOS 3.3) 0x06 FAT16 (> 32 MiB) (MS-DOS 3.31) 0x07 0x0B 0x0C 0x0E 0x0F 0x12 0x42 0x82 0x83 0x8E 0xA5 0xA6 0xA9 NTFS (Windows NT/2000/XP/Vista/7) oder HPFS (OS/2) oder exfat (WinCE) FAT32 FAT32 mit BIOS-Extension FAT16 (> 32 MiB) mit BIOS-Extension Erweiterte Partition mit BIOS-Extension OEM-Partition für Konfiguration, Diagnose, BIOS-Erweiterung Dynamischer Datenträger LINUX Swap / Solaris 2.6 X86 bis Solaris 9 X86 Linux Native Linux LVM FreeBSD OpenBSD NetBSD

33 File Allocation Table von Der neue IEC Standard versus SI 9.7 Quellen

34 File Allocation Table von Benutzte Software Für den Abzug des SD-Karten Inhalts wurde Image-Funktion der Software Stellar Phoenix Photo Recovery (Windows) verwendet. Für das Lesen der Hex-Daten der gezogenen Images wurde die Software HexEditMX verwendet. Zum Formatieren der SD-Card wurde das Formatierungstool SDFormatter V von Panasonic verwendet. Alternatives Formatierungstool: