从图书馆管理员说起：FAT12文件系统到底是怎么管文件的？

操作系统开发基础教程：古老软盘的FAT12文件系统

本文章仅提供学习，切勿将其用于不法手段！

你有没有想过：电脑里的文件为什么能“想存就存，想找就找”？其实背后有个“隐形管理员”——文件系统，它像图书馆的管理员一样，负责给文件“安排座位”“记位置”“找回来”。

今天我们要聊的是最古老的文件系统之一：​FAT12。它诞生于上世纪80年代，专门给软盘（比如1.44MB的“小方片”）管文件。虽然现在很少用了，但它是理解文件系统的“入门钥匙”——搞懂了FAT12，再看NTFS、FAT32甚至Linux的EXT4，都会觉得“不过如此”。

一、FAT12的名字里，藏着它的核心秘密

FAT12的全称是File Allocation Table 12​（文件分配表，12位版本）。拆开名字看：

• ​FAT​：就是“文件分配表”——相当于图书馆的“图书位置登记本”，记录每本书（文件）存在哪个书架（磁盘块）上；
• ​12​：每个“登记项”用12位二进制数表示——这是FAT12的“身份证”，决定了它能管多少文件、多大空间。

二、FAT12的“图书馆布局”：软盘是怎么装下文件的？

要理解FAT12，先想象一个微型图书馆——软盘的结构，刚好对应FAT12的四大核心区域：

区域	类比图书馆的部分	作用
​引导扇区​	图书馆大门	开机时BIOS先读这里，里面有“怎么用FAT12管文件”的说明书（比如簇大小、FAT表位置）。
​FAT表（双份）​​	图书借阅登记本	记录每个“文件块”的下一个位置，有两份——防止单本丢了找不到文件。
​根目录​	大厅索引卡柜	存所有文件的“名片”：文件名、起始位置、大小……找文件先查这里。
​数据区​	书架	真正放文件的地方，分成一个个“文件块”（专业叫“簇”），文件就躺在这里。

1. 引导扇区：FAT12的“说明书”

引导扇区是软盘的第一个扇区（512字节），里面装着BIOS启动时要执行的代码，以及FAT12的“配置参数”：

• 每扇区多少字节？（固定512字节，就像每个书架格子的大小）；
• 每簇多少扇区？（比如1.44MB软盘是1扇区/簇，即每个文件块512字节）；
• FAT表有多少个扇区？（比如1.44MB软盘是9扇区/个FAT表）；
• 根目录有多少个扇区？（比如14扇区，能存224个文件——因为每个文件名占32字节）。

这些参数像图书馆的“规则”：格子多大、登记本有几本、索引卡能写多少本书。

2. 数据区：“文件块”的排列方式

数据区是软盘的“存书区”，被分成一个个簇​（Cluster）——这是FAT12中文件的最小存储单位。
比如1.44MB软盘，每个簇是1个扇区（512字节），相当于每个“文件块”只能放512字节的文件。哪怕你要存一个1KB的文件，也得占两个簇​（1024字节），剩下512字节就“浪费”了——这就是传说中的簇碎片。

为什么要这样设计？因为管理“半个文件块”比管理“整块”麻烦得多。就像图书馆不会给你留“半格书架”，要么占一格，要么不占。

3. FAT表：文件的“位置链”

FAT表是FAT12的“灵魂”，它是一个数字链表，记录每个簇的“下一个归属”。

比如：

• 簇1存了文件A的前512字节，FAT表中“簇1”对应的条目是“3”——意思是“文件A的下一个部分在簇3”；
• 簇3存了文件A的中间512字节，FAT表中“簇3”对应的条目是“5”——下一个在簇5；
• 簇5存了文件A的最后512字节，FAT表中“簇5”对应的条目是“FFF”（十六进制）——意思是“文件A结束了”。

这样，文件就被拆成一个个“簇链”，通过FAT表连起来。就像图书馆的登记本上写着：“《红楼梦》在3号格子，下一本在5号，再下一本在7号……直到最后一本。”

​关键细节​：

• FAT表的每个条目是12位​（1.5字节），所以两个簇的条目会凑成3字节（比如“003”+“005”=6字节），节省空间；
• FAT表有两份副本——就像登记本有两本，一本丢了还能用另一本恢复，防止数据丢失。

4. 根目录：文件的“名片盒”

根目录是FAT12的“文件索引”，里面存着所有文件的目录项​（每个32字节）。每个目录项相当于文件的“名片”，写着：

• 文件名（8字节）+ 扩展名（3字节）：比如“LOADER BIN”（主名8字节，扩展名3字节，不足补空格）；
• 起始簇号（2字节）：比如“0002”——文件从这个簇开始存；
• 文件大小（4字节）：比如“00001234”——文件总共1234字节；
• 其他属性（比如是否只读、隐藏）。

找文件的过程，就像“查名片→找登记本→找书架”：

1. 先翻根目录的“名片盒”，找到“LOADER BIN”的名片，拿到起始簇号“2”；
2. 去FAT表查“簇2”的条目，得到下一个簇“3”；
3. 再查“簇3”的条目，得到“4”……直到遇到“FFF”，把所有簇连起来，就读到了整个文件。

三、FAT12的“天花板”：它能管多大？

FAT12的设计目标是小存储设备​（比如1.44MB软盘），所以它的局限很明显：

1. 最大分区大小：128MB

因为FAT表是12位，最多能管理4096个簇​（2¹²=4096）。如果每个簇是32KB，总空间就是4096×32KB=128MB——超过这个数，FAT表就不够用了。

2. 最大文件大小：16MB

如果每个簇是4KB，最大文件是4KB×4096=16MB——存不下大电影、大游戏。

3. 文件名太短：最多11字节

主名8字节+扩展名3字节，比如“INSTALL.EXE”可以，但“VERY_LONG_FILE_NAME.TXT”不行——这就是早期电脑“文件名不能太长”的原因。

四、FAT12的“遗产”：它给我们留下了什么？

虽然现在FAT12已经被FAT32、NTFS取代，但它的设计思想影响至今：

• ​按块存储​：不管是FAT32还是EXT4，都是把文件拆成“块”存，用表记录块的位置；
• ​双备份​：FAT表的双副本，后来变成了NTFS的MFT备份、EXT4的日志；
• ​简单易实现​：FAT12的代码量很小，适合嵌入式设备（比如早期的U盘、MP3播放器）。

五、动手试试：用WinHex看FAT12的真实样子

如果你想亲眼看看FAT12的结构，可以用WinHex​（一款十六进制编辑器）打开一张1.44MB的软盘镜像：

1. ​引导扇区​：前几个字节是“EB 3C 90”——这是BIOS要执行的跳转指令；后面是BPB参数（比如每扇区512字节、每簇1扇区）；
2. ​FAT表​：从第19扇区开始（引导扇区是第0扇区），里面是一串1.5字节的条目，比如“03 00”代表簇1的下一个是簇3；
3. ​根目录​：从第14扇区开始，每个32字节的条目对应一个文件，比如“LOADER BIN”的条目里，起始簇号是“02 00”（小端序，即簇2）。

结语：FAT12是“文件系统的童年”

FAT12像一个简单的图书馆管理系统——没有复杂的算法，没有华丽的界面，但它解决了最核心的问题：​把文件存下来，再找回来。

搞懂FAT12，你会发现：文件系统不是“黑魔法”，而是“用最笨的方法解决最实际的问题”。就像图书馆的管理员，不需要懂人工智能，只要把登记本写清楚，就能帮你找到想要的书。

下次你插U盘的时候，不妨想一想：里面的文件，可能正躺在某个“簇链”里，等着FAT表把它“串”起来——这就是FAT12的遗产，也是计算机最浪漫的“细节”。

（全文完）

​延伸阅读​：如果想动手写FAT12的读取程序，可以参考《Assembly Language for x86 Processors》中的软盘读取例子，或者用QEMU模拟一个1.44MB软盘启动，调试FAT12的加载过程～

注：本文仅用于教育目的，实际渗透测试必须获得合法授权。未经授权的黑客行为是违法的。