FAT32是從FAT12、FAT16發展而來，目前主要應用在移動儲存裝置中，比如SD卡、TF卡。隱藏的FAT檔案系統現在也有被大量使用在UEFI啟動分割槽中。
為使文章簡單易讀，下面內容特意隱藏了很多實現細節，關於分割槽、格式化等相關的內容，可以檢視之前的文章：
檔案系統(一)：儲存介質、原理與架構
檔案系統(二)：分割槽、格式化資料結構
檔案系統(三)：嵌入式、計算機系統啟動流程與步驟
(一)FAT32 磁碟佈局
拿一個FAT32檔案系統的儲存裝置，我們可以看到，它整個儲存裝置大概可以分為5個部分：引導、保留扇區、FAT表、目錄和檔案、備份。
(1)引導與保留扇區
引導和保留扇區部分，會因為分割槽方式的不同(MBR與GPT)而不同，同時也會因為儲存裝置分割槽個數的不同也會有差異。
下面這個是使用GPT方式將儲存裝置分為1個分割槽並格式化為FAT32檔案系統格式的資料分佈示意圖。
(2)備份
在磁碟末尾的備份區域，主要是使用GPT方式分割槽的時候，會將分割槽表資訊備份到儲存裝置的最後區域。對於MBR分割槽方式，並沒有這部分。
(3)FAT表與目錄項
在FAT32檔案系統的使用過程中，FAT表和目錄項是其核心部分，將在下面介紹
(二)檔案在哪裡？
將一個儲存裝置格式化成FAT32格式檔案系統，然後再在上面建立幾個資料夾和檔案，那麼這些檔案和資料夾的名字資訊是儲存在什麼位置？檔案裡面的資料又是儲存在哪？要怎樣才能找到這些檔案？
上面在一個TF卡中建立了test1、test2、test3、test4 四個資料夾和一個0000.media媒體檔案。
System Volume Information 目錄及其下面的檔案是在Windows系統格式化的時候系統寫入的系統檔案。
目錄項
FAT表後面的區域，是根目錄的儲存區域，目錄和檔案以及檔案中的實際資料都儲存在這個一個大的區域。根目錄是在該區域最開始的位置。
從根檔案所在扇區的資料我們可以看到根目錄的目錄項資訊：
從WinHex工具上，根目錄所在位置的還有4個“新建資料夾”項。這個是因為在Windows建立資料夾的時候，開始的名字是“新建資料夾”，後面被我重新命名成了test1~4
目錄項分為長檔名和短檔名
如果一個檔案它的名字大於11個位元組，那它就至少有兩個目錄項，一個短檔名項和一個長檔名項。
檔名長度小於等於11個位元組的話，就只有一個短檔名項。短檔名目錄項長度為32個位元組，各位元組的定義如下：
根據上面定義可以對根目錄下的目錄項進行解析：
以test2目錄項舉例，我們可以看到：
- 檔名為test2 (短檔名)
- 檔案屬性為10 (子目錄 )
- 這裡時間需要轉換，2位元組用不同的位表示年月日和時分秒
- 起始簇號為07號
如果目錄項是以E5開頭，那表示該項是無效的或是已經刪除了的目錄項，比如上面的四個"新建資料夾"目錄項
透過目錄項，我們可以知道儲存裝置上都有哪些檔案和目錄，相應的子目錄也是一樣的實現，只不過子目錄下面的目錄項是在子目錄所在的簇中記錄。
(三)檔案磁碟空間分配
在FAT32檔案系統中，它是以簇為單位進行空間分配和管理。一般一個簇的大小為4KB(下面均以4KB做參考)。
一個檔案或是一個目錄，它是透過目錄項知道它在儲存裝置上存放的的開始位置，也就是開始簇號，而簇號資訊，是儲存在FAT表上，
一個FAT32檔案系統有兩個FAT表，一個正常使用，另外一個為備份FAT表
透過分割槽上的DBR和FSINFO資訊可以知道FAT表的大小和所在位置等資訊。
FAT32 是以32位(4Byte)來定義一個FAT表項，也就是一個簇的狀態，下表是FAT表項中值的含義：
對於FAT表，第0號簇是固定的0x0FFFFFF8，第1號簇項0xFFFFFFFF是被系統使用
第3號簇是根目錄的開始簇，如果其值是0x0FFFFFFF,表示根目錄只佔用一個簇的空間，也就是4KB大小空間，如果其值是0x00000002~0x0FFFFFFE，表示根目錄的下一個簇號，直到出現檔案結束簇0x0FFFFFFF，也就是根目錄大於4KB的大小。
下面是對FAT表現的一個解析。
從上面可以看出：
- 如果檔案或是目錄小於4K(一個簇)，那它所佔用的空間就是目錄項中起始簇號所分配的空間，該簇號的值為結束簇號的值(0x0FFFFFFF)
- 如果一個檔案大於4K(一個簇)，目錄項中的起始簇號所在位置的值，就是下一個位置儲存的簇號值，比如0000.media 檔案，它的起始簇號是10，第10簇號(0x0000000B)->第11簇號(0x0000000C)->......第241簇號(0x0x00000F2)->第242簇號(0x0FFFFFFF 結束簇號)
- 上面這個0000.media檔案是以連續的方式儲存在磁碟中，當磁碟滿了或是使用久了之後，會存在磁碟碎片，有可能就不是連續的空間了。
(四)實現原理
我們從檔案的建立、資料寫入、檔案刪除等操作流程看檔案系統的基本實現原理
(1)檔案建立
- 建立檔案或是目錄的時候，會先在當前目錄所在位置的目錄項中新增一個目錄項
- 目錄項會記錄檔案的起始簇號，建立、修改時間，檔案屬性等資訊
(2)檔案增刪資料
- 如果起始簇空間寫滿了，系統會查詢一個空閒簇，資料將繼續寫入到該空閒簇中，FAT表中該空閒簇會被標記已經被使用，同時，該檔案的結束簇號也會往後移動一個簇。
- 更新該目錄項中的修改時間、檔案大小等資訊
- 刪除或是修改檔案裡面的資料，就是一個反向的過程
(3)檔案資料讀取
- 透過目錄項，找需要讀取檔案所在的開始簇位置
- 如果檔案大於一個簇，開始簇位置的值為下一個簇的位置，可以順著這個簇鏈一直查詢，直到結束簇出現。
(4)檔案刪除
- 檔案刪除的時候，根目錄中該目錄項的資訊並不會被刪除，而是將該目錄項標記為刪除狀態
- FAT表中該檔案所佔用的簇號，會被標記為0，表示該簇為未使用的簇。
- 該檔案所在簇號所對應扇區的實際檔案資料不會被擦除，檔案裡面的資料還是儲存在刪除上。
檔案刪除，實際上也就是將該檔案在FAT表中的簇資訊標記為可使用，然後將目錄項標記為已刪除，實際資料不會做刪除處理
如果要恢復被刪除的檔案，可以根據目錄項中的資訊進行恢復，前提是不要再建立新檔案和寫入新資料，因為新的資料容易將原來檔案所在扇區的資料覆蓋或是擦除。
(5)基本原理
FAT32檔案系統的基本原理，是透過目錄項來管理磁碟的檔案目錄結構，然後透過FAT表來管理磁碟檔案所使用的簇(扇區)空間。
FAT32 檔案系統的FAT表是透過單向鏈式的方法來管理扇區，這種方式在小檔案和小容量的儲存裝置上使用比較方便，但不適合於大檔案和大容量的儲存裝置。
目前大於32GB的SDXC卡，SD協會已採用exFAT作為預設的檔案系統。
(五)優缺點
(1)優點
FAT32 檔案系統現在還在被大量使用，其主要的優勢在於：相容性強和實現簡單
相容性強: 它可以同時支援Windows、Linux、Mac OS 三個作業系統，同時因為它的歷史悠久，很早就已經被廣泛使用，所以很多老舊電腦系統和裝置都可以支援。
實現簡單: 它的設計相對簡單、易於實現和維護，特別是在系統資源緊張的嵌入式裝置中。
(2)缺點
它的缺點主要有：不適合大檔案、磁碟碎片化、安全性較差
不適合大檔案：
目錄項中使用4個位元組表示檔案大小，其最大表示的值為4GB，所以FAT32對於單個檔案的最大大小限制為4GB。
安全性較差:
相比一些現代檔案系統（如NTFS、exFAT等），FAT32的安全性較差。它缺乏對檔案和資料夾的訪問控制、加密、日誌記錄等高階功能，因此不適合用於儲存敏感資料或需要更高安全性的場景。
(3)磁碟碎片化
磁碟碎片化這裡描述詳細一些，因為它會影響到檔案系統的效能。
靜態分配簇：
FAT32使用固定大小的簇（cluster）來管理儲存空間。每個檔案都被分配到一個或多個簇來儲存，這些簇在儲存裝置上連續地排列。當檔案大小超過一個簇的容量時，系統會分配額外的簇給檔案。但是，如果在磁碟上沒有足夠的連續空閒簇來容納整個檔案，檔案就會被分割成多個片段並儲存在不同的地方，導致碎片化。
檔案刪除和大小改變：
FAT32檔案系統的碎片化還會因為檔案的刪除和大小的改變而產生。當檔案被刪除時，它佔用的簇會被標記為空閒，可以被其他檔案使用。如果其他檔案需要的空間無法與原檔案的簇連續，新檔案就會分配到磁碟上的不同位置，造成碎片化。同樣地，當檔案的大小發生改變時，如果新的大小需要的簇數超過了原檔案所佔用的連續簇數，檔案也會發生碎片化。
碎片化的影響：
碎片化會影響檔案的讀取和寫入效能。當檔案被分割成多個片段時，系統需要花費更多的時間來定位和讀取這些片段，從而降低了檔案的讀取速度。另外，由於檔案儲存不連續，儲存裝置上可能會出現許多小的空閒碎片，導致儲存空間的浪費。
結尾
上面內容是以比較概況的方式來介紹FAT32檔案系統的實現原理和它的優缺點，至於FAT32檔案系統的詳細實現細節，可以透過官方文件進行了解(晦澀難懂)，也可以找張TF卡，透過winhex等工具，自己動手檢視它的實現細節。