---- 整理自狄泰软件唐佐林老师课程
1. 突破限制的思路
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限制：主引导程序的代码不能超过512字节
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主引导程序完成：
- 完成最基本的初始化工作
- 从存储介质中加载程序到内存
- 将控制权交由新加载的程序执行
- ……
问题：
- 主引导程序如何加载存储介质中的其它程序？
- ==> 文件系统
2. 文件系统
存储介质上组织文件数据的方法（数据组织的方式）
| FAT12文件格式 | 数据区 |
| 根目录区 | |
| FAT2 | |
| FAT1 | |
| 引导扇区 |
- 文件系统示例：
- FAT12是DOS时代的早期文件系统
- FAT12结构简单，一直沿用于软盘
- FAT12的基本组织单位：字节 < 扇区 < 簇
- 字节（Byte）：基本数据单位
- 扇区（Sector）：磁盘中的最小数据单元
- 簇（Cluster）：一个或多个扇区
3. 解决方案
- 使用FAT12格式对软盘（data.img）进行格式化，之后可以自由得在软盘上拷贝文件
- 编写可执行程序Loader（loader.asm），并将其拷贝到软盘中
- 主引导程序Boot（boot.asm）按照FAT12的文件格式在文件系统中查找Loader
- 将Loader复制到内存中，并跳转到Loader入口处执行
4. 实验：往虚拟软盘fd中写入文件
4.1 准备
FreeDos，Bochs，bximage
4.2 步骤
- 创建虚拟软盘data.img（创建虚拟软盘在《02 - Hello, DTOS》中已经有实验过）
bximage
- 在FreeDos中进行格式化（data.img被格式化成FAT12文件格式）
format B:
- 将data.img挂载到Linux中，并写入文件
注：这里挂载到Linux下是为了写一些文件到data.img，写完后从Linux卸载，文件就保存在了data.img中，然后再通过FreeDos启动，可以查看data.img中的文件
mount -o loop data.img /mnt/hgfs/mount_files/
umount /mnt/hgfs/mount_files/
经过步骤3后，结果如下：
5. 下一步的工作
Boot查找目标文件（Loader），并读取文件的内容。
6. 深入FAT12文件系统
FAT12文件系统由 引导区、FAT表、根目录项表和文件数据区 组成。
| 扇区位置 | 长度 | 内容 |
|---|---|---|
| 0 | 1（512Bytes） | 引导程序 |
| 1 | 9（4608Bytes） | FAT表1 |
| 10 | 9（4608Bytes） | FAT表2 |
| 19 | 14（9728Bytes） | 目录文件项 |
| 33 | ...... | 文件数据 |
6.1 FAT12的主引导区
- 主引导区存储的比较重要的信息是 文件系统的类型，文件系统逻辑扇区总数，每簇包含的扇区数，等等。
- 主引导区最后以 0x55aa 两个字节 作为结束，主引导区共占用 一个扇区（512字节）。
6.1.1 实验：读取虚拟软盘data.img中的文件系统信息
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步骤：
- 创建Fat12Header结构体类型
- 使用文件流读取前512字节的内容
- 解析并打印相关的信息
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实验内容：
https://gitee.com/wuxiang16/myos/blob/master/04/Fat12Test/main.cpp -
实验结论：
- FreeDos中的format程序在格式化软盘的时候自动在第0扇区生成了一个主引导程序，这个主引导程序只打印一个字符串。
- 文件格式和文件系统都是用于定义数据如何存放的规则，只要遵循这个规则就能够成功读写目标数据。
6.1.2 问题
- 如何在FAT12根目录中查找是否存在目标文件？
6.2 FAT12文件系统中的根目录区
6.2.1 根目录区的大小和位置
6.2.2 根目录区的目录项
根目录区由 目录项 构成，每一个目录项代表根目录中的 文件索引
6.2.3 实验：读取FAT12文件系统的根目录信息
步骤：
创建根目录RootEntry结构体类型
使用文件流顺序读取每个目录项的内容
解析并打印相关的信息
目录项中的关键成员
DIR_Name：文件名（用于判断是否为目标文件）
DIR_FstClus：文件数据起始存储位置（用于确定读取位置）
DIR_FileSize：文件大小（用于确定读取的字节数）
6.3 FAT表-FAT12的数据组织核心
- FAT1和FAT2是 相互备份 的关系，数据内容 完全一致
- FAT表是一个 关系图，记录了 文件数据的 先后关系
- 每一个FAT表项占用 12比特
- FAT表的 前2个 表项 规定不使用
问题：
- 假设现在一个文件需要5个簇才能将文件内容存储完， 那这5个簇是如何分布的？是连续的还是离散的？
- 怎么确定这些簇之间的先后关系？
6.3.1 FAT表中的先后关系
- 以 簇（FAT12中 一簇 等于 一扇区）为单位存储文件数据
- 每个表项（
vec[i]）表示文件数据的实际位置（簇）- DIR_FstClus 表示文件第0簇（扇区）的位置
- vec[ DIR_FstClus ] 表示文件第1簇（扇区）的位置
- vec[ vec[ DIR_FstClus ] ] 表示文件第2簇（扇区）的位置
- ……
- FAT12 数据物理组织示意（结合逻辑示意图进行理解）：
数据区的数据簇和FAT表中的表项一一对应，就可以解决上述的问题。
- FAT12 数据逻辑组织示意：
6.3.2 实验：加载FAT12中的文件数据
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步骤：
- 在根目录区查找文件对应的目录项
- 根据目录项的成员可以获取目标文件的起始簇号和文件大小
- 根据FAT表中记录的逻辑先后关系读取数据
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小贴士：
- FAT表中的每个表项只占用12比特（1.5字节）
- FAT表一共记录了
BPB_BytsPerSec * 9 / 1.5个表项（总字节数除以每个表项占用的字节数）
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方案：
- 可以使用一个short（2字节）表示一个表项的值
- 如果表项值 大于等于0xFF8，则说明已经 到达最后一个簇
- 如果表项值 等于0xFF7，则说明 当前簇已经损坏
- 数据区起始簇（扇区）号为 33，地址为 0x4200
- 数据区 起始地址所对应的编号为2
（不为0，FAT表前2个表项规定不使用） - 因此，目标文件的起始簇号 DIR_FstClus 对应的地址 为：
0x4200 + (DIR_FstClus - 2 ) * 512
（因为FAT表 以簇为单位存储文件数据）
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实验内容
https://gitee.com/wuxiang16/myos/blob/master/05/Fat12Test/main.cpp
7. 小结
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FAT12根目录区记录了文件的起始簇号和长度
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通过查找根目录区能够确定是否存在目标文件
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FAT12文件数据的组织使用了单链表的思想
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文件数据离散的分布于存储介质中
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文件数据通过FAT表项进行关联
