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小故事 传说，古印度有一个人发明了一种游戏棋，棋盘共64格，玩起来十分新奇、有趣。他把这种棋献给了国王。国王玩得十分开心，便下令赏赐献棋人。臣下问献棋人想要什么。献棋人说：'他只需要粮食，要求大王给点粮食便心满意足了。'问他需要多少粮食，他说只要求在棋盘的第一个格子里放一粒米，在第二个格子放两粒米，第三个格子里放四粒米??总之，后面格子里的米都比它前一格增大一倍，把64格都放满了就行。国王一听，满口答应。大臣们也都认为：这点米，算得了什么，便领献棋人去领米。岂料，到后来把所有仓库里的存米都付出了，还是不够。1立方米麦粒大约有1500万粒，那么照这样计算，得给那位献棋人12000亿立方米，这些麦子比全世界2000年生产的麦子的总和还多。 这个故事也许是杜撰的，但是也让我们见识了指数级增长的可怕力量。现代人作为洞穴人的后裔，总是以线性思维思考这个世界。去年打了三斤粮食，今年辛苦一点，多开垦了一成土地，多打了一成粮食，然后就盘算着明年能不能再上升一成。我们总是以线性思维思考周围的事物，规划未来发展，甚至会反映到我们程序架构中。然而，摩尔定律却指出科技发展是指数级增长的，发展会越来越快，超乎你我想象。我们在程序架构中的小小设定，当时看起来是十分合理的。太大多浪费空间啊，在我的有生之年这个设定都可以满足，今后的事情还是留给今后的人去处理吧。 然而，也许几年之后，我们甚至还没有离开原来的公司，就不得不处理不够用的问题。我们如热锅上的蚂蚁一样四处打着恼人的补丁，处理各种兼容性问题，还给后来人留下了饭后的笑谈。FAT的发展就是这样的故事。 FAT的原理  FAT得名于它的文件分配表（File Allocation Tables）方式，即在存储空间最开始有个大表，记录所有的可用块的使用链，并标记空闲块和坏块。一起来看个例子：  目录指出FILE1占用了0002块，系统查看文件分配表，0002链接到0003，0003链接到0004，0004链接到FFFF，说明是最后一块。所以文件系统知道，FILE1占用了0002，0003，0004这3块存储空间。简单而直接，不是吗？但它也有很多问题： 1. FAT表和后来的备份FAT表固定存储在开始位置。这意味着这里会被频繁读写，从而极易损坏，如果损坏了整个空间即为不可用，需要专业人士才能恢复部分数据。（当年把薄薄的5寸盘插入驱动器，在一阵吱吱声过后，报告0磁道的消息跳了出来，欲哭无泪的情形又浮现眼前）。延伸阅读：谁知道为什么SD卡等等NAND设备还要用FAT，不怕被写坏固定block?( 提示：FTL。先挖个坑，今后有时间再介绍NOR/NAND Flash和其上的文件系统和FTL) 2. 健壮性差。读写文件过程中经常需要更新FAT表，更新过程中发生意外断电等等轻的造成文件丢失，严重整个磁盘内容丢失。补救的办法就是把备份FAT复制到FAT。曾经潇洒地在DOS下迅速敲入一行命令，救mm磁盘于水火，而后在一众美女的注视下挥手离去，不带走一片云（JIAN）彩（QING）。。。。。 3. FAT表的大小已经被限定。从而可以支持的空间大小由块可以由多少个Bit来表示和每块的大小来决定。我们的狗血FAT历史也从这里开始。 FAT历史 在1977年比尔盖茨还是个穷小子。他和Marc McDonald一起捣鼓出BASIC系统，叫做Standalone Disk BASIC-80，可以运行在8080的机器上。他们还为存储BASIC系统和程序，发明了最初的FAT，FAT表中表示下个链的位数（簇号）只有8位，用于支持8英寸的磁盘。 到了1980年，盖茨的好运来了。IBM希望为它的8086个人台式机(PC)寻找个新的操作系统。盖茨包下了这个任务，成立了微软公司，这个系统就是传说中的DOS。Tim Paterson改善了FAT原型，将磁盘存储正式变成下图：  文件名格式也变成CP/M（什么鬼？这是个暴露年龄的问题，向能不google而回答的同学脱帽致敬）兼容的8.3形式。他的一项最重要改动是将分区表项簇号从8位扩展为12位，能够支持的存储空间达到8MB！对比下当时不到20KB的磁盘，简直是绰绰有余。这就是FAT12。 很快硬盘到来了，几十MB的空间让FAT12变得十分可笑。微软不得不在1987年推出DOS3.3。他们大胆的将12位扩展为16位：FAT16，并通过增大每个sector的大小，从而可以支持多达2GB的空间！那是多达几百个硬盘的容量，这下总够用了吧！微软顺便加上了长文件名的支持。 计划赶不上变化，存储技术飞速发展，2GB很快不够用了，微软也希望在新版的Windows中提供亮眼的技术，FAT16兼容FAT12的问题让它伤透了心，希望能够避免犯下同样的错误。在1996年Windows 95 OSR2（带有MS-DOS 7.1），FAT32被发布了。簇号一下子从16位扩展为32位！（我也要指数级增长！）后来每簇表示的空间业扩至512kb，从而支撑最大达到2^41=2TB的容量，而当时最大的硬盘也只有1G！可以支持2048个硬盘叠在一起！ 讽刺的是，连当时最大胆的举动也只为微软换来了不到10年的和平。磁盘大小的压力和现代文件系统理念的引入催生了NTFS。微软后期也在限制FAT32的使用，大于32GB的移动介质如U盘等都推荐采用exFAT了(感谢上帝不是简单粗暴的FAT64。exFAT加入了很多对于移动设备的支持，它不在本文范围内)，硬盘也推荐NTFS。 FAT与UEFI UEFI规定UEFI系统分区EFI system partition (ESP)采用FAT32格式，同时支持FAT12/FAT16作为移动介质的文件系统。UEFI的FAT分区和普通的FAT分区有个比较小的区别，即OSType不同。ESP在GPT（不再本文范围内）分区表中有个特殊的GUID: C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B 如果你用UEFI安装了Windows , 用windows自带的磁盘管理工具打开磁盘，你会发现有两个很小的隐藏分区。一个叫ESP(EFI系统分区)，另一个MSR(Microsoft保留分区，通常为128MB)。MSR是windows要求的。ESP对UEFI启动很重要，UEFI的操作系统引导程序是以后缀名为.efi的文件存放在ESP分区中的，启动操作系统本质上就是运行ESP分区内的app：bootloader而已。Bootloader各有不同，甚至可以混合放在一起，但其存放位置都应该符合UEFI spec的规定，详见www.uefi.org. 大家想看看里面的内容，可以在UEFI shell下。如果不熟悉或者不方便，也可以在磁盘管理程序里将UEFI分区的隐藏属性去掉，这样你就可以在文件管理器（explore）里看到它们了，不过切忌修改。 需要澄清一下，ESP不是必须和GPT绑定的，也可以是MBR。只不过我们安装UEFI Windows时，总是要求我们使用GPT分区，才会导致这种误解。通过特殊的手段，MBR也可以用ESP启动UEFI OS，有兴趣的同学可以自行尝试一下。 后记 看了前面的文章，有的同学可能会有疑问: UEFI分区采用FAT32，会不会也有size不够用的问题啊？其实，UEFI分区内仅仅存储各种bootloader和BIOS错误恢复程序，操作系统和数据本身是不放在这里的，完全没有问题。 也有同学好奇UEFI为什么采用落后的FAT而不是当时已经存在的基于日志的现代文件系统，原因有好几个，大家可以仔细思考一下，稍后会公布。  |
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来自： Christina_k > 《总线标准》
