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FAT文件系统常考面试题

FAT（File Allocation Table，文件分配表）文件系统是嵌入式系统中常用的文件系统，下面我将为您讲解FAT文件系统的常见面试题：

1. FAT文件系统基础

1.1 FAT文件系统的类型

• FAT12：适用于软盘等小容量存储介质，最大支持16MB
• FAT16：支持最大2GB分区，簇大小从2KB到32KB不等
• FAT32：支持最大2TB分区，解决了FAT16的容量限制
• exFAT：为闪存设计的FAT系统，支持更大的文件和分区

1.2 FAT文件系统的结构

• 引导扇区(Boot Sector)：包含文件系统参数
• FAT区(File Allocation Table)：记录簇链信息
• 根目录区(Root Directory)：FAT12/16特有，FAT32中根目录可以在任意位置
• 数据区(Data Area)：存储文件和目录的实际内容

2. FAT文件系统核心概念

2.1 簇(Cluster)

• 文件系统的基本分配单元
• 由多个扇区组成，大小为2^n个扇区
• 簇越大，空间利用率越低，但管理开销越小

// 计算簇大小
uint32_t cluster_size_bytes = sectors_per_cluster * bytes_per_sector;

// 计算簇号对应的扇区号
uint32_t first_sector_of_cluster = ((cluster_number - 2) * sectors_per_cluster) + first_data_sector;

2.2 文件分配表(FAT)

• 记录每个簇的使用情况和链接关系
• 每个簇在FAT中有一个表项，指向文件的下一个簇
• 特殊值：0x0000(空闲)、0xFFF7(坏簇)、0xFFF8-0xFFFF(文件结束)

// FAT表项读取示例
uint32_t GetNextCluster(uint32_t current_cluster) {
    uint32_t fat_offset;
    uint32_t fat_sector;
    uint32_t entry_offset;
    uint32_t next_cluster;
    
    // FAT32
    fat_offset = current_cluster * 4;
    fat_sector = boot_sector.reserved_sectors + (fat_offset / boot_sector.bytes_per_sector);
    entry_offset = fat_offset % boot_sector.bytes_per_sector;
    
    // 读取FAT扇区
    disk_read(fat_sector, sector_buffer);
    
    // 获取下一个簇号
    next_cluster = *(uint32_t*)§or_buffer[entry_offset] & 0x0FFFFFFF; // 清除高4位
    
    return next_cluster;
}

2.3 目录项(Directory Entry)

• 32字节固定长度结构
• 包含文件名、扩展名、属性、时间戳、起始簇号、文件大小等
• 长文件名通过多个连续目录项实现

typedef struct {
    char name[8];           // 文件名
    char ext[3];            // 扩展名
    uint8_t attr;           // 文件属性
    uint8_t reserved;       // 保留
    uint8_t create_time_ms; // 创建时间(毫秒)
    uint16_t create_time;   // 创建时间
    uint16_t create_date;   // 创建日期
    uint