File Allocation Table
# File Allocation Table

FAT, acronyme anglais de file allocation table (table d'allocation de fichiers), est un système de fichiers devenu un standard de l'industrie. Il est simple et robuste, offre de bonnes performances dans des environnements simples, mais n'atteint pas la fiabilité et l'évolutivité de certains systèmes de fichiers modernes. Il est cependant pris en charge par la plupart des systèmes d'exploitation actuels et dans de très nombreux appareils mobiles ou systèmes embarqués. Pour cette raison il est bien adapté aux échanges de fichiers entre les appareils de tout type et ce depuis les années 1980.

Conçu en 1977 pour les disquettes par Bill Gates et Marc McDonald (en) pour Microsoft Disk BASIC puis réutilisé dans QDOS (dont c'est le seul élément qui ne soit pas inspiré par CP/M, QDOS est l'ancêtre de MS-DOS, écrit par Tim Paterson), il a été très vite adapté aux disques durs et employé depuis MS-DOS jusqu'à la branche 9x de Windows en évoluant avec la capacité croissante des supports en trois variantes FAT12, FAT16 puis FAT32. Les systèmes Windows suivants, dérivés de la branche NT, utilisent préférablement le NTFS, mais reconnaissent toujours FAT.

FAT était employé sur les disquettes et reste toujours utilisé sur les clés USB, les cartes SD ainsi que dans les très nombreux équipements mobiles qui utilisent ces supports. La spécification DCF demande le support de FAT par les appareils photo numériques. FAT est enfin employé dans la phase de démarrage des systèmes informatiques compatibles UEFI.

## Historique

FAT a été conçu au départ pour des disquettes de 160 ko, mais un de ses plus gros défauts était le nombre limité de caractères dans les noms des fichiers (le fameux 8.3) : 1 à 8 caractères, un point et 0 à 3 caractères, sans distinction de la casse.

Ce défaut a été résolu dans Windows 95 grâce à une astuce préservant la compatibilité : le système VFAT, qui étend les noms de fichiers à 255 caractères Unicode au maximum. Les noms de fichiers longs sont accessibles via l'API Win32 de Windows 95, mais également depuis les versions de MS-DOS fournies avec Windows et ses successeurs (via des appels système supplémentaires).

FAT a évolué en différentes versions, toutes supportées par les dernières versions de MS-DOS et les versions actuelles de Windows, qui ont été rendues nécessaires par l'évolution des capacités de stockage des disques :

* FAT12 : maximum de $2^{12},$ soit 4 096 clusters de taille fixe (choisie au départ entre 512 octets et 4 kio). Utilisé entre autres sur les disquettes ;
* FAT16 : maximum de $2^{16},$ soit 65 536 clusters de taille fixe (choisie au départ entre 2 kio et 32 kio) ;
* VFAT : Une évolution de la FAT, permettant de gérer les noms longs dans Windows 95 et les versions suivantes. Il s'applique à toutes les versions de FAT (FAT12, FAT16, FAT32…) ;
* FAT32 : apparu avec Windows 95 OSR2 (Windows 95B), il supporte un maximum de $2^{28}$ (268 millions) de clusters de taille variable de 4 kio à 32 kio, avec reprise du système VFAT. La taille des fichiers ne peut dépasser 4 Gio.

L'exFAT, apparu avec Windows CE 6.0, est un système de fichiers différent de la famille des FAT.

Malgré son manque de résistances aux pannes par rapport à ses concurrents, FAT reste en 2010 très utilisé, notamment sur les cartes mémoires pour appareils photo numériques et téléphones mobiles ainsi que sur les clés USB en raison de la simplicité de son implémentation permettant l'utilisation dans des systèmes embarqués ainsi que la compatibilité assurée avec Windows et beaucoup d'autres systèmes d'exploitation (les principaux systèmes actuels reconnaissent le système de fichiers FAT).

Microsoft a tenté en décembre 2003 de déposer un brevet sur FAT, de façon à pouvoir percevoir des droits sur les licences qui auraient été accordées aux fabricants d'appareils électroniques. Mais la demande a été rejetée en septembre 2004. Elle a cependant été validée en janvier 2006, après que Microsoft eût complété son argumentation.

## Interopérabilité

Le système de fichiers FAT permet d'assurer l'interopérabilité entre plateformes différentes et régions différentes par une gestion adéquate de l'encodage des noms de fichiers.

## Aspect technique

Le système de fichiers FAT est composé de trois grandes sections :

* Le « secteur de boot » contenant le « BPB ».

    C'est le premier secteur de la partition.
* Les « tables d'allocation » ou « FATs ».

    C'est une carte du disque.
* Le « répertoire racine » ou « Root directory ».

    C'est une liste des fichiers présents à la racine du disque.

### Le BPB

Signifie Bios Parameter Block. Il se situe dans le secteur de boot, c'est-à-dire le premier secteur de la partition (ou du disque dans le cas d'un support non partitionné, comme une disquette). Il contient les informations essentielles.

**Structure**

Le secteur de boot a le format suivant :

| Position (octets) | Taille (octets) | Description |
| - | - | - |
| 0 | 3 | Saut vers un programme qui va charger le système d'exploitation |
| 3 | 8 | Nom du programme qui a formaté le disque (« MSWIN4.1 » par exemple). |
| 11 | 2 | Nombre d'octets par secteur (512, 1 024, 2 048 ou 4 096). |
| 13 | 1 | Nombre de secteurs par cluster (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ou 128). |
| 14 | 2 | Nombre de secteurs réservés en comptant le secteur de boot (32 par défaut pour FAT32, 1 par défaut pour FAT12/16). |
| 16 | 1 | Nombre de FATs sur le disque (2 par défaut) |
| 17 | 2 | Taille du répertoire racine en nombre d'entrées (0 par défaut pour FAT32). |
| 19 | 2 | Nombre total de secteurs 16 bits (0 par défaut pour FAT32). |
| 21 | 1 | Type de disque (0xF8 pour les disques durs, 0xF0 pour les disquettes). |
| 22 | 2 | Taille d'une FAT en secteurs (0 par défaut pour FAT32). |
| 24 | 2 | Nombre de secteurs par piste. |
| 26 | 2 | Nombre de têtes. |
| 28 | 4 | Secteurs cachés (0 par défaut si le disque n'est pas partitionné). |
| 32 | 4 | Nombre total de secteurs 32 bits (contient une valeur si le nombre total de secteurs 16 bits est égal à 0) |

Le tableau suivant explique la suite du BPB pour les disques FAT12/16 (pour le FAT32 voir plus bas) :

| Position (octets) | Taille (octets) | Description |
| - | - | - |
| 36 | 1 | Identifiant du disque (à partir de 0x00 pour les disques amovibles et à partir de 0x80 pour les disques fixes). |
| 37 | 1 | Réservé pour usage ultérieur. |
| 38 | 1 | Signature (0x29 par défaut). |
| 39 | 4 | Numéro de série du disque. |
| 43 | 11 | Nom du disque sur 11 caractères ('NO NAME' si pas de nom). |
| 54 | 8 | Type de système de fichiers (FAT, FAT12, FAT16). |

Le tableau suivant explique la suite du BPB pour les disques FAT32 (pour FAT12/16 voir plus haut) :

| Position (octets) | Taille (octets) | Description |
| - | - | - |
| 36 | 4 | Taille d'une FAT en secteurs (remplace l'équivalent cité au-dessus) |
| 40 | 2 | Attributs du disque. |
| 42 | 1 | Version majeure du système de fichiers (0 par défaut). |
| 43 | 1 | Version mineure du système de fichiers (0 par défaut). |
| 44 | 4 | Numéro du premier cluster du répertoire racine. |
| 48 | 2 | Informations supplémentaires sur le système de fichiers (1 par défaut). |
| 50 | 2 | Numéro de secteur de la copie du secteur de boot. |
| 52 | 12 | Réservé pour des ajouts ultérieurs (0 par défaut). |
| 64 | 1 | Identifiant du disque (à partir de 0x00 pour les disques amovibles et à partir de 0x80 pour les disques fixes). |
| 65 | 1 | Réservé pour usage ultérieur. |
| 66 | 1 | Signature (0x29 par défaut). |
| 67 | 4 | Numéro de série du disque. |
| 71 | 11 | Nom du disque sur 11 caractères ('NO NAME' si pas de nom). |
| 82 | 8 | Type de système de fichiers (FAT32). |

### FAT

**Cluster**

Un cluster est un groupe de secteurs. Il sert d'unité d'allocation aux fichiers. Chaque cluster stocke donc les données d'un fichier. Pour un fichier de 9 000 octets par exemple, sur un disque utilisant des clusters de 8 192 octets (soit 16 secteurs de 512 octets), 2 clusters sont utilisés, dont le dernier n'utilise que 808 octets (9 000 - 8 192).

**Structure**

Une table d'allocation est une carte où chaque nombre représente un cluster. Cette table est un tableau de nombres, indexé par un numéro de cluster. Le tableau suivant donne les valeurs possibles pour ces nombres :

| FAT12 | FAT16 | FAT32 | Description |
| - | - | - | - |
| 0x000 | 0x0000 | 0x?0000000 | Cluster vide |
| 0x001 | 0x0001 | 0x?0000001 | Cluster réservé |
| 0x002 - 0xFEF | 0x0002 - 0xFFEF | 0x?0000002 - 0x?FFFFFEF | Cluster utilisé, pointeur vers le cluster suivant du fichier |
| 0xFF0 - 0xFF6 | 0xFFF0 - 0xFFF6 | 0x?FFFFFF0 - 0x?FFFFFF6 | Valeurs réservées |
| 0xFF7 | 0xFFF7 | 0x?FFFFFF7 | « Mauvais cluster » |
| 0xFF8 - 0xFFF | 0xFFF8 - 0xFFFF | 0x?FFFFFF8 - 0x?FFFFFFF | Cluster utilisé, dernier cluster d'un fichier |

**Exemple**

| Numéro | Cluster 2 | Cluster 3 | Cluster 4 | Cluster 5 | Cluster 6 | Cluster 7 | Cluster 8 | Cluster X |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| La valeur… | 0000 | 0004 | 0005 | 0007 | 0001 | 0008 | FFFF | .... |
| … correspond à | Vide | Utilisé | Utilisé | Utilisé | Réservé | Utilisé | Utilisé |

Remarque : Dans cet exemple un fichier utilise, dans l'ordre, les clusters 3, 4, 5, 7 et 8.

### Root Directory

**Structure**

Le répertoire racine est une liste d'entrées. Les entrées du répertoire racine ont le format suivant :

| Offset | Taille | Description |
| - | - | - |
| 0x00 | 8 | Nom du fichier (complété à 8 caractères avec des espaces) Le premier octet peut avoir l'une des valeurs spéciales suivantes : 0x00 Entrée disponible, marque également la fin du répertoire 0x05 Le nom de fichier commence en fait par le caractère ASCII 0xE5 (valeur réservée) 0x2E Entrée '.' ou '..' 0xE5 Entrée supprimée. Les outils de recouvrement de fichiers supprimés remplacent ce caractère par un autre pour restaurer le fichier supprimé. |
| 0x08 | 3 | Extension (complétée à 3 caractères avec des espaces) |
| 0x0B | 1 | Attributs du fichier : Bit Masque Description 0 0x01 Lecture seule 1 0x02 Fichier caché 2 0x04 Fichier système 3 0x08 Nom du volume 4 0x10 Sous-répertoire 5 0x20 Archive 6 0x40 Device (utilisé en interne, jamais sur disque) 7 0x80 Inutilisé La valeur d'attributs 0x0F est utilisé pour désigner un nom de fichier long. |
| 0x0C | 1 | Réservé, utilisé par NT |
| 0x0D | 1 | Heure de création : par unité de 10 ms (0 à 199). |
| 0x0E | 2 | Heure de création : Bits Description 15-11 Heures (0-23) 10-5 Minutes (0-59) 4-0 Secondes/2 (0-29) |
| 0x10 | 2 | Date de création : Bits Description 15-9 Année - 1980 (0 = 1980, 127 = 2107) 8-5 Mois (1 = Janvier, 12 = Décembre) 4-0 Jour (1 - 31) |
| 0x12 | 2 | Date du dernier accès ; voir offset 0x10 pour la description. |
| 0x14 | 2 | Index EA (utilisé par OS/2 et NT) pour FAT12 et FAT16 ; 2 octets de poids fort du numéro du premier cluster pour FAT32 |
| 0x16 | 2 | Heure de dernière modification ; voir offset 0x0E pour la description. |
| 0x18 | 2 | Date de dernière modification ; voir offset 0x10 pour la description. |
| 0x1A | 2 | Numéro du premier cluster du fichier (FAT12 et FAT16) ; 2 octets de poids faible de ce numéro (FAT32). |
| 0x1C | 4 | Taille du fichier |

Pour un répertoire (signalé par le bit approprié du champ attributs), le contenu est une structure identique au format précédent, et commence par les deux entrées '.' (décrivant le répertoire lui-même) et '..' (décrivant le répertoire dans lequel celui-ci a été créé).

## FATX

Il existe une version légèrement modifiée du système de fichier FAT, nommée FATX, créée pour le disque dur de la console Xbox. FATX est également utilisé par les cartes mémoire de la Xbox.

