MBR 分区结构

访问内存时，字节是访问的最小单位。但是由于硬盘容量大，所以一般以512个字节为一组（一个块），以块为单位访问。

逻辑块是硬盘的最小访问单位，通用的访问方式是 LBA28/48。

常见的分区格式有古典的 MBR 以及流行的 GPT 两种。

在经典BIOS下，对硬盘的要求只有一个：0号块的最后两个字节必须是 0x55、0xAA，其他并没有要求。但是在 UEFI 固件下就不一样了。UEFI 标准要求硬盘必须按照 GPT 格式分区，否则无法启动计算机。

MBR 管理分区的秘密就藏在这64字节的标准 MBR 分区表规划里。

如果我们对某个磁盘进行分区操作，选择 MBR 分区表的话，第0号块会被磁盘管理工具按照 MBR 格式填充相应的内容。MBR 分区表使用 16 个字节来描述一个分区的入口，最多可以分成4个区。这 16 个字节的含义如下：

例如 00 02 03 00 0c 8c 0a 82 80 00 00 00 00 00 20 00

FAT32 对应的文件系统标志位即 0x0c。

对于分区其实相对扇区号，例中给出的是 0x80000000，那么对应的小端字节为0x00000080。这个才是

FAT32 文件系统

簇

FAT32 记录的是磁盘分区的空间分配情况。簇是一个新单位，每个簇由若干个块组成。一般为 8 个块。

FAT32 就是用 4 个字节，32 位来标记每一个簇的状态。一般情况下，一个簇 8 个块，一个块有 512 字节，即一簇 4096 字节；簇号最大是 $2^{32}$ ，那么，在 FAT32 文件系统下，一个分区的最大空间是 $2^{32} \times 4096 = 16$ TB。

ps：在服务器领域，还有 ZFS 这种文件系统，使用 128 位来标记每一个簇。

另外，文件系统还受制于分区格式。比如 MBR 分区格式，使用 4 个字节来记录每个分区的总大小，单位是块。那么，每个分区的最大空间是 $2^{32} \div 8 \times 4096 = 2$ TB。

这也就是为什么 UEFI 固件出现之前能支持的最大硬盘是 2TB 的原因。

FAT32 文件系统格式：

FAT 头主要记录 FAT32 文件系统的整体信息，比如文件系统总块数，每个簇的块数，每个块的字节数，FAT 保留块数，分区前已使用块数，FAT 表个数，根目录簇号等等。它占据的空间就是 FAT 保留块数再乘以每个块的字节数。

FAT 表记录的数据区的空间分配情况。使用 4 个字节，32 位来标记每一个簇。若是空闲，则 32 位全是0。FAT 分配表一般有 2 张，主要是用 FAT1，FAT2则作为备份。它占据的总大小是 FAT表个数 * FAT表大小，单位是块。

一般来说分区除去 FAT 头和 FAT 表后剩余的空间都分配给数据区，数据区最顶层实际上是一个大文件夹，称之为根目录，其他的文件或者文件夹都是它的子项，根目录一般位于数据区的开头。

如何找到文件

将文件 Initial.bin 放到一个活动分区的根目录下，即分区表入口第一个字节为 0x80。BootLoader 找到其所在的活动分区后，就可以知道分区的起始块号。从这个块号开始，就是 FAT32 文件系统。
Initial.bin 文件的实际位置，肯定是在 FAT 数据区。所以 BootLoader 第二步，就是要找到 FAT 数据区的起始块号。算法就是计算数据区前面那些数据所占的空间。文件起始块号 = 分区前面已使用的块数 + FAT保留块数（FAT 头？） + FAT表个数*表大小。所有数据都可以在 FAT 头里面找到。
文件在 FAT 数据区的保存机制，是记录文件的文件名及起始簇号。注意，只有数据区是以簇为单位管理的。根据文件名获取簇号后，从起始簇号开始的块，就是文件的实际内容。每个文件条目会占据 32 个字节，包括文件名、后缀名、起始簇号等。只要 32 字节一组去匹配前 12 个字节就可以精确查找文件。
根据文件起始簇号，计算文件起始块号。簇的相对起始位置是数据区开始位置，不是从硬盘 0 号块开始。文件的块号 = 数据区起始块号 + （文件起始簇号-2） * 每簇块数。减 2 的原因是，簇号从 2 开始。

把 Initial.bin 读取到内存然后运行。这里需要用到另外一个参数即文件长度，它的单位是字节。所以要先获取文件长度，然后除以 512 得到以块为单位的长度。

实操找到文件的过程

将虚拟磁盘分区如下所示：

使用 WinHex 打开磁盘，可以看到其 MBR 分区表如下所示：

红色方框中的16字节表示第一个分区（H盘），绿色方框中的16字节表示第二个分区（I盘）。

对照硬盘分区结构信息表，第一个分区的起始扇区起始相对扇区号为 0x00000080。

进入第一个分区，如所示：

这90个字节包含了要计算的所有信息。

分区前已使用的块数在偏移 0x1c - 0x1f 这四个字节，值为 0x00000080；FAT 保留块数在 0x0e - 0x0f 这两个字节，值为 0x184e；FAT 表个数在偏移 0x10 字节出，值为 0x0002；表大小在偏移 0x24 - 0x27 这4个字节，值为0x000003d9；每簇的块数，在0x0d字节处，值为0x04；每块的字节数，在0x0b - 0x0c 处，值为0x0200，也就是512字节。

数据起始块号=0x80 + 0x184e + 0x02 * 0x3d9 = 0x2080 = 128 + 6222 + 2 * 985 = 8320

在 WinHex 中按 Ctrl + G 跳转到 8320 块处，这里即是第一簇（2号簇），也是根目录所在地。

计算 Initial.bin 的起始块号。