CN105045528A - 一种快速的fat32磁盘分区遍历及文件查找方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速的FAT32磁盘分区遍历及文件查找方法，涉及FAT32文件系统、磁盘数据查找及还原技术。本方法是裸盘读取根目录区及各子目录区磁盘扇区数据到内存中，对各级目录区进行目录项搜索查找：在同一个目录区逐步增加32字节进行“横向搜索”、对查找到的子目录项进行“向下搜索”到其子目录区起始位置及当前目录区查找完成后通过“向上搜索”回退到上一级目录区保存的搜索位置进行查找，依次遍历完成根目录区各目录项子树的搜索查找，并对文件目录项进行文件属性查找、归类及有序保存。本发明提高了遍历和查找速度，为后续文件查找、读取或者下载提高了整体性能；特别适用于嵌入系统中FAT32文件系统分区遍历及文件查找。

Description

一种快速的FAT32磁盘分区遍历及文件查找方法

技术领域

本发明涉及FAT32文件系统、磁盘数据查找及还原技术，尤其涉及一种快速的FAT32磁盘分区遍历及文件查找方法。

背景技术

FAT32文件系统是一种由微软发明并拥有部分专利的文件系统，FAT32文件的位置及属性以目录项形式保存在目录区中，数据区存储文件数据；

FAT32文件系统通过字段标志区分不同的类别的目录项：按照文件存放目录层次划分为根目录项或子目录项，根目录项及子目录项位于各级目录区(对应不同的磁盘簇)中；按照文件名长度划分为长文件名目录项或短文件名目录项；并且，通过字段标志位可以识别父目录项或者当前簇目录项。

FAT32文件系统将组织数据使用的目录抽象为文件，以简化对数据的管理。FAT32文件系统短文件名目录项占用32个字节，长文件名目录项长度随文件名的长短变化不等（为32个字节倍数）；

FAT32文件系统中使用FAT（FileAllocationTable）表示记录的磁盘簇信息，是用于磁盘数据位而引起的一种链式结构。文件的存储按照FAT表制定的簇链式存储结构来进行；FAT32文件的簇地址，是使用4个字节记录在FAT表项中。这些地址为FAT表项，FAT表项记录的值称为FAT表项值。

FAT32文件系统在WINDOWS、LINUX及嵌入式系统中得到较好支持或应用。但是在不同系统间不方便遍历及查找文件，特别是对于分区中大量文件的遍历及下载，通过上层软件共享或识别查找的方式，需要经过上层软件处理中转及同一目录区触发多次磁盘读取操作，效率较低。

发明内容

本发明目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种快速的FAT32磁盘分区遍历及文件查找方法。

本发明的目的是这样实现的：

裸盘读取根目录区及各子目录区磁盘扇区数据到内存中，对各级目录区进行目录项搜索查找：在同一个目录区逐步增加32字节进行“横向搜索”、对查找到的子目录项进行“向下搜索”到其子目录区起始位置及当前目录区查找完成后通过“向上搜索”回退到上一级目录区保存的搜索位置（包含当前簇地址、当前扇区编号及扇区内偏移地址）进行查找，依次遍历完成根目录区各目录项子树的搜索查找，并对搜索到的文件目录项进行文件属性查找、归类及有序保存到内存或者其它介质中。

具体地说，本方法包括下列步骤：

①获取分区相关参数及计算相关扇区位置信息；

②裸盘读取根目录区磁盘起始扇区到内存中,设置扇区偏移地址为0；

③内存中临时保存当前目录项搜索位置；

④判断搜索位置是否为父目录项或者当前目录项；

⑤判断搜索位置是否为长文件名目录项；

⑥判断搜索位置是否为子目录项（短文件名目录项）；

⑦判断搜索位置为文件目录项并且文件大小字段大于或等于0；

⑧文件属性查找、归类及有序保存；

⑨判断搜索位置是否位于根目录区最后一个扇区尾部；

⑩遍历及查找结束。

本发明具有下列优点和积极效果：

通过裸盘读取磁盘扇区，利用空间局部性原理在内存中对磁盘扇区相邻目录项及FAT表项依次遍历和查找分析，在使用较小内存情况下减少了磁盘目录区读取次数，提高了遍历和查找速度，为后续文件查找、读取或者下载提高了整体性能；特别适用于嵌入系统中FAT32文件系统分区遍历及文件查找。

附图说明

图1是本方法的步骤流程图；

图2是本方法步骤⑧的子流程图；

图3是多级目录区目录项搜索示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、方法

如图1，本方法包括下列步骤：

①获取分区相关参数及计算相关扇区位置信息-101；

所述相关参数包括分区扇区大小、分区簇大小、分区FAT表扇区数量及FAT表起始扇区；

所述的相关扇区位置信息是通过所述相关参数计算得到根目录区磁盘起始扇区位置及FAT表起始位置；

②裸盘读取根目录区磁盘起始扇区到内存中,设置扇区偏移地址为0-102；

③内存中临时保存当前目录项搜索位置-103；

所述的临时保存当前目录项搜索位置，为后续“横向搜索”、“向下搜索”及“向上搜索”提供搜索位置以进行下一步的搜索查找；

④判断搜索位置是否为父目录项或者当前目录项-104，是则依次经过内存中临时保存父目录项或当前目录项的簇号-112，对当前搜索位置进行“横向搜索”-113，再继续步骤③，否则进入步骤⑤；

所述判断方法为根据搜索位置起始两个字节标志位确定：标志位取值为0x202e表示当前目录项，标志位取值为0x2e2e表示上一级目录项；

⑤判断搜索位置是否为长文件名目录项-105，是则经过对当前搜索位置进行“横向搜索”-113，再继续步骤③，否则进入步骤⑥；

所述判断方法为根据搜索位置偏移位置0xb的一个字节标志位确定：取值为0xf表示长文件目录项，否则表示短文件目录项；

⑥判断搜索位置是否为子目录项（短文件名目录项）-106，是则经过对当前搜索扇区进行“向下搜索”-114，再继续步骤③，否则进入步骤⑦；

所述判断方法为根据搜索位置起始偏移位置0xb一个字节标志位确定：取值为0xf表示长文件目录项，否则表示短文件目录项，特别的，取值为0x10表示子目录项，取值为2表示隐藏目录项；

⑦判断搜索位置为文件目录项并且文件大小字段大于或等于0-107，是则进入步骤⑧，否则分为两路处理：或经过判断搜索位置是否位于根目录所在磁盘簇-111（满足是条件）再到步骤⑩；或经过判断搜索位置是否位于根目录所在磁盘簇-111（满足否条件）和对当前搜索位置进行“向上搜索”-115，再继续步骤③；

所述文件大小是通过标志位字段（搜索位置起始的偏移位置0x1c四个字节标志位）确定；

⑧文件属性查找、归类及有序保存-108；

所述文件属性包括：文件大小、文件修改时间、文件首簇、目录信息、文件名及部分文件名中提取的字段；

所述查找、归类及有序保存是指从搜索到的目录项查找文件属性信息进行归类，并且将文件属性有序保存到内存或者磁盘上，供后续文件查找及下载使用；

如图2，步骤⑧的子流程为：

A、开始：已获取FAT表起始地址及查找到指定的文件目录项-201；

B、获取文件属性，通过解析文件名获取部分信息-202；

所述获取是通过搜索位置解析文件目录项（对应32字节），从中获取文件属性参数；如：文件修改时间通过搜索位置偏移位置0x16（对应文件修改时间）及0x18（对应文件修改日期）位置获取；文件首簇为文件首簇号低16位与文件首簇高16位计算得到，所述文件首簇低16位获取及文件首簇高16位分别从搜索位置起始偏移位置0x1a，0x14获取；

所述解析方法包括通过当前搜索目录项获取文件名，或者通过当前目录项位置进行磁盘簇内反向逐个32字节分析，将长文件名UNICODE码转换为ASCII或UTF编码后，将装换后编码组装为长文件名，特别的，针对数字和字符串组成的长文件名，该方法还包括在内存中逐个字节进行转码解析，不需要使用通用的但是较为复杂的转码算法获取长文件名；

所述部分信息是指根据遍历查找需求解析其它文件名信息（例如：视频监控录像数据通常将通道号记录在文件名中，本方法提到的裸盘遍历和查找文件将通过该流程解析文件名中记录的通道号）；

C、保存文件属性（包含首簇）信息，设置首簇为“当前搜索簇”-203；

所述保存是将文件属性信息保存在内存或者其它介质中，并且将文件簇地址进行顺序保存，方便文件读取和下载；

D、计算“当前搜索簇”的表项所在扇区及设置为“当前搜索扇区”-204；

所述表项所在扇区指FAT表起始扇区=FAT表起始地址对应扇区编号+（文件簇号（表项值）/扇区内表项总数），所述扇区内表项总数=扇区大小（字节）/表项大小（4字节）；

E、裸盘读取“当前搜索扇区”到内存中，获取“当前搜索簇”链接的下一簇，设置为“下一搜索簇”-205；

所述获取方法为：先计算表项所在扇区偏移位置，然后根据偏移位置获取4个字节的下一簇地址，所述表项所在扇区内偏移位置=文件簇号（表项值）%扇区内表项总数，所述扇区内表项总数=扇区大小（字节）/表项大小（4字节）；

F、判断“下一搜索簇”是否为文件尾标志-206，是则跳转到步骤K，否则进入步骤G；

所述文件尾标志是指表项值为0xffffffff或者0x0fffffff；

G、保存“下一搜索簇”到该文件信息中、计算该簇对应表项所在扇区-207；

H、设置“当前搜索簇”等于“下一搜索簇”，计算“下一搜索簇”对应表项所在扇区及设置为“下一搜索扇区”-208；

I、判断“当前搜索扇区”是否等于“下一搜索扇区”-209，是则经过获取“当前搜索簇”链接的下一簇，将该簇设置为“下一搜索簇”-212，再跳转到步骤F，否则进入步骤J；

J、判断当前搜索表项所在扇区是否为有效扇区-210，是则跳转到步骤D，否则进入步骤K；

K、查找处理结束-211；

⑨判断搜索位置是否位于根目录区最后一个扇区尾部-109，是则进入步骤⑩，否则经过对当前搜索位置进行“横向搜索”-113，再继续步骤③；

所述判断搜索位置为无效目录项，即该区域未记录目录项信息，在文件系统初始化阶段该区域初始化为0；

⑩遍历及查找结束-110；

有关“横向搜索”“向下搜索”和“向上搜索”的说明：

所述“横向搜索”是内存中从当前目录项搜索位置查找磁盘临近的下一个32个字节位置；

“横向搜索”的子流程为：

a、判断搜索区域是否位于簇最后一个扇区的扇区尾部，否则进行步骤b，是则进行步骤c；

b、裸盘读取当前簇当前目录项搜索位置下一扇区到内存中，设置扇区偏移地址为0；

c、扇区内偏移地址增加32个字节。

所述“向下搜索”是获取当前目录项搜索位置对应的子目录簇起始地址，再裸盘读取所述子目录簇起始扇区数据到内存中，又设置扇区内偏移地址为0；

所述“向上搜索”是获取当前搜索位置的父目录上一次“向下搜索”前的搜索位置，再在当前扇区内偏移地址比所述上一次“向下搜索”前的搜索位置增加32个字节，并且裸盘读取所述当前扇区内偏移地址扇区数据到内存中。

二、举例说明

举例说明FAT32磁盘分区内各级目录区遍历及文件查找方法：

如图3，图中所示FAT32文件系统一个分区总共有四级目录区，组成三个目录项子树，根目录区有a、j及q目录项（a、j及q目录项所在磁盘位置从前向后排列）；一级目录区有b、i、k、m及r目录项（b、i目录项所在磁盘位置从前向后排列，k、m类同）；二级目录区有c、g、l、n及o目录项（c、g目录项所在磁盘位置从前向后排列，l、n类同）；三级目录区有d、c、f、h及p目录项（d、c及f目录项所在磁盘位置从前向后排列）；其中，叶子节点i、l、n、d、c、f、h及p表示文件目录项；

分区遍历及文件查找方法：从裸盘读入根目录区第一个扇区起，优先遍历a目录项，并进入它的子树进行搜索查找，依次遍历b，向下“搜索搜索”c，然后“向下搜索”d（同时进入文件属性查找、归类及保存处理），“横向搜索”e及f（按照磁盘位置顺序遍历（同时进入文件属性查找、归类及保存处理），接着“向上搜索”进入g、“向下搜索”进入h，再“向上搜索”回到根目录区i（在“向上搜索”过程中读取到磁盘一级目录区及二级目录区搜索到无效目录项，故直接进入i）；当对i进行分析及文件簇处理后，继续“向上搜索”回退到根目录区，接着进入j子树的遍历；q子树的遍历和文件查找顺序类同，最终分别将i、l、n、d、c、f、h及p文件属性信息（包括目录信息）归类保存到内存或其它介质中。

在遍历查找过程中，裸盘读取磁盘扇区位置，“横向搜索”是在内存中对相邻的目录项进行一次性分析及查找处理，并且，“向上搜索”会回退到上级目录区已保存的遍历位置进行分析及查找处理，最大限度的减少了磁盘读次数，提高了遍历和查找速度。

Claims (4)

1.一种快速的FAT32磁盘分区遍历及文件查找方法，其特征在于：

裸盘读取根目录区及各子目录区磁盘扇区数据到内存中，对各级目录区进行目录项搜索查找：在同一个目录区逐步增加32字节进行“横向搜索”、对查找到的子目录项进行“向下搜索”到其子目录区起始位置及当前目录区查找完成后通过“向上搜索”回退到上一级目录区保存的搜索位置进行查找，依次遍历完成根目录区各目录项子树的搜索查找，并对搜索到的文件目录项进行文件属性查找、归类及有序保存到内存或者其它介质中；

①获取分区相关参数及计算相关扇区位置信息；

②裸盘读取根目录区磁盘起始扇区到内存中,设置扇区偏移地址为0；

③内存中临时保存当前目录项搜索位置；

④判断搜索位置是否为父目录项或者当前目录项；

⑤判断搜索位置是否为长文件名目录项；

⑥判断搜索位置是否为子目录项；

⑦判断搜索位置为文件目录项并且文件大小字段大于或等于0；

⑧文件属性查找、归类及有序保存；

⑨判断搜索位置是否位于根目录区最后一个扇区尾部；

⑩遍历及查找结束。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的“横向搜索”的子流程为：

a、判断搜索区域是否位于簇最后一个扇区的扇区尾部，否则进行步骤b，是则进行步骤c；

b、裸盘读取当前簇当前目录项搜索位置下一扇区到内存中，设置扇区偏移地址为0；

c、扇区内偏移地址增加32个字节。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的“向下搜索”是获取当前目录项搜索位置对应的子目录簇起始地址，再裸盘读取所述子目录簇起始扇区数据到内存中，又设置扇区内偏移地址为0。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述“向上搜索”是获取当前搜索位置的父目录上一次“向下搜索”前的搜索位置，再在当前扇区内偏移地址比所述上一次“向下搜索”前的搜索位置增加32个字节，并且裸盘读取所述当前扇区内偏移地址扇区数据到内存中。