क्या लिनक्स पावर आउटेज की स्थिति में अनुक्रमिक फ़ाइल लिखने का वादा करता है?

बिजली विफलता के दौरान फ़ाइल लिखने की स्थायित्व को समझना

कल्पना कीजिए कि आप एक फ़ाइल में डेटा के दो महत्वपूर्ण टुकड़े लिख रहे हैं, और अचानक बिजली चली जाती है। क्या लिनक्स या आपका चुना हुआ फ़ाइल सिस्टम यह सुनिश्चित करेगा कि आपका दूसरा लेखन तब तक स्टोरेज में दिखाई न दे जब तक कि पहला पूरा न हो जाए? यह एक ऐसा प्रश्न है जिसे कई डेवलपर आपदा आने तक नज़रअंदाज कर देते हैं। 🛑

डेटा अखंडता को संभालते समय फ़ाइल स्थायित्व महत्वपूर्ण है, खासकर जब बिजली विफलता या क्रैश होती है। POSIX-संगत सिस्टम या ext4 जैसे सामान्य फ़ाइल सिस्टम के साथ काम करते समय यह प्रश्न और भी अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है। क्या लेखन अनुक्रमिक और परमाणु होने की गारंटी है, या आपको अतिरिक्त सावधानियों की आवश्यकता है?

उदाहरण के लिए, किसी फ़ाइल में दो गैर-अतिव्यापी भागों में लॉग या संरचित डेटा लिखने वाले एक बड़े एप्लिकेशन पर विचार करें। स्पष्ट गारंटी के बिना, एक जोखिम है कि दूसरे लेखन का हिस्सा डिस्क में घुस जाता है, जिससे फ़ाइल असंगत स्थिति में रह जाती है। इससे डेटाबेस दूषित हो सकता है, लेन-देन खो सकता है, या रिकॉर्ड अधूरे रह सकते हैं। 😓

यह लेख इस बात की पड़ताल करता है कि क्या POSIX, Linux, या ext4 जैसे आधुनिक फ़ाइल सिस्टम फ़ाइल लिखने के स्थायित्व और क्रम की गारंटी देते हैं। हम यह भी निर्धारित करेंगे कि डेटा असंगति को रोकने के लिए लिखने के बीच fsync() या fdatasync() का उपयोग करना एकमात्र विश्वसनीय समाधान है या नहीं।

आज्ञा	उपयोग का उदाहरण
pwrite	pwrite फ़ंक्शन फ़ाइल पॉइंटर को बदले बिना एक निर्दिष्ट ऑफसेट पर एक विशिष्ट फ़ाइल डिस्क्रिप्टर पर डेटा लिखता है। उदाहरण के लिए: pwrite(fd, data1, size1, offset1). यह सुनिश्चित करता है कि लेखन सटीक स्थिति में हो, जो क्रमबद्ध लेखन के लिए उपयोगी है।
fsync	Fsync कमांड फ़ाइल डिस्क्रिप्टर के लिए सभी बफ़र किए गए डेटा को डिस्क पर लिखने के लिए बाध्य करता है। यह गारंटी देता है कि डेटा सुरक्षित रूप से कायम है। उदाहरण के लिए: fsync(fd)।
O_RDWR	ओपन सिस्टम कॉल में O_RDWR ध्वज एक फ़ाइल को पढ़ने और लिखने दोनों के लिए खोलने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए: खुला(पथ, O_RDWR).
O_SYNC	O_SYNC यह सुनिश्चित करता है कि फ़ाइल में प्रत्येक लेखन तुरंत डेटा को डिस्क पर फ्लश कर देता है, स्थायित्व की गारंटी देता है। उदाहरण के लिए: खुला(पथ, O_SYNC).
errno	इरनो वेरिएबल विफल सिस्टम कॉल के दौरान त्रुटि कोड कैप्चर करता है। इसका उपयोग अक्सर त्रुटि संदेशों को प्रदर्शित करने के लिए पेरर के साथ किया जाता है। उदाहरण: पेरर ("लिखने में विफल")।
off_t	ऑफ_टी डेटा प्रकार फ़ाइल ऑफसेट का प्रतिनिधित्व करता है, आमतौर पर फ़ाइल पोजिशनिंग ऑपरेशन में उपयोग किया जाता है। उदाहरण: ऑफ_टी ऑफसेट = 0.
assert	एस्टर फ़ंक्शन यूनिट परीक्षणों में स्थितियों को मान्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि अपेक्षित परिणाम आते हैं। उदाहरण: सामग्री में "डेटा ब्लॉक 1" का दावा करें।
fcntl.h	fcntl.h में फ़ाइल डिस्क्रिप्टर को प्रबंधित करने और निम्न-स्तरीय I/O निष्पादित करने के लिए आवश्यक फ़ाइल नियंत्रण संचालन शामिल हैं। उदाहरण: #शामिल
O_CREAT	O_CREAT ध्वज एक फ़ाइल बनाता है यदि वह खुले के दौरान मौजूद नहीं है। उदाहरण: खुला(पथ, O_RDWR | O_CREAT)।
perror	पेरर फ़ंक्शन विफल सिस्टम कॉल से जुड़े वर्णनात्मक त्रुटि संदेशों को प्रिंट करता है। उदाहरण: पेरर ("ओपन विफल")।

फ़ाइल लिखने की स्थायित्व को समझना और डेटा संगति सुनिश्चित करना

पहले प्रस्तुत स्क्रिप्ट में, हमने लिनक्स फ़ाइल में स्थायित्व गारंटी के मुद्दे को संबोधित किया था, जब अप्रत्याशित घटनाएं, जैसे बिजली विफलताएं होती हैं। ध्यान यह सुनिश्चित करने पर था कि डेटा का दूसरा ब्लॉक, , पहले ब्लॉक तक भंडारण तक कायम नहीं रहेगा, , पहले ही पूरी तरह से लिखा जा चुका था। समाधान सावधानीपूर्वक चुनी गई सिस्टम कॉल के संयोजन पर निर्भर करता है, जैसे और fsync, और फ़ाइल सिस्टम व्यवहार। पहली स्क्रिप्ट नियोजित fsync यह गारंटी देने के लिए कि डेटा2 लिखने के लिए आगे बढ़ने से पहले डेटा1 को डिस्क पर फ्लश किया गया है, दो अनुक्रमिक लेखन के बीच। यह डेटा अखंडता सुनिश्चित करता है, भले ही सिस्टम पहली बार लिखने के बाद क्रैश हो जाए।

आइए इसे और अधिक विस्तृत करें: द फ़ंक्शन फ़ाइल पॉइंटर को संशोधित किए बिना फ़ाइल के भीतर एक निर्दिष्ट ऑफसेट को लिखता है। यह गैर-अतिव्यापी लेखन के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, जैसा कि यहां दिखाया गया है, जहां दो डेटा ब्लॉक अलग-अलग ऑफसेट पर लिखे गए हैं। स्पष्ट रूप से उपयोग करके पहले लिखने के बाद, हम ऑपरेटिंग सिस्टम को दृढ़ता सुनिश्चित करते हुए फ़ाइल की बफ़र की गई सामग्री को डिस्क पर फ्लश करने के लिए बाध्य करते हैं। fsync के बिना, डेटा मेमोरी में रह सकता है, और बिजली विफलता के दौरान हानि का खतरा हो सकता है। एक महत्वपूर्ण लॉग प्रविष्टि लिखने या डेटाबेस के हिस्से को सहेजने की कल्पना करें - यदि पहला भाग गायब हो जाता है, तो डेटा असंगत हो जाता है। 😓

दूसरी स्क्रिप्ट में, हमने इसके उपयोग का पता लगाया में झंडा सिस्टम कॉल. इस फ़्लैग के सक्षम होने से, प्रत्येक राइट ऑपरेशन तुरंत डेटा को स्टोरेज में भेज देता है, जिससे मैनुअल की आवश्यकता समाप्त हो जाती है कॉल. यह स्थायित्व की गारंटी सुनिश्चित करते हुए कोड को सरल बनाता है। हालाँकि, इसमें एक समझौता है: O_SYNC का उपयोग करने पर प्रदर्शन जुर्माना लगता है क्योंकि सिंक्रोनस राइट्स में बफर्ड राइट्स की तुलना में अधिक समय लगता है। यह दृष्टिकोण उन प्रणालियों के लिए आदर्श है जहां विश्वसनीयता प्रदर्शन संबंधी चिंताओं से अधिक है, जैसे वित्तीय प्रणाली या वास्तविक समय डेटा लॉगिंग। उदाहरण के लिए, यदि आप सेंसर डेटा या लेनदेन लॉग सहेज रहे हैं, तो आपको प्रत्येक लेखन बिल्कुल विश्वसनीय होना चाहिए। 🚀

पायथन में लिखी गई यूनिट परीक्षण स्क्रिप्ट ने सी प्रोग्राम को निष्पादित करने के बाद फ़ाइल की सामग्री की जांच करके इन समाधानों को मान्य किया। यह सुनिश्चित किया गया कि डेटा1 और डेटा2 दोनों अपेक्षा के अनुरूप लिखे गए थे। यह चरण विभिन्न परिस्थितियों में फ़ाइल संचालन के परीक्षण के महत्व पर प्रकाश डालता है। यदि आपको एक उत्पादन सर्वर पर एक समान समाधान तैनात करना था, तो आपके लेखन की अखंडता को सत्यापित करने के लिए यूनिट परीक्षण महत्वपूर्ण होंगे। परीक्षणों के माध्यम से सत्यापन के साथ fsync उपयोग जैसी मजबूत कोडिंग प्रथाओं को जोड़कर, आप आत्मविश्वास से POSIX-अनुपालक सिस्टम पर अपनी फ़ाइल लिखने की स्थायित्व और स्थिरता सुनिश्चित कर सकते हैं।

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main() {
    int fd;
    const char *path = "example_file.txt";
    const char *data1 = "First write block";
    const char *data2 = "Second write block";
    size_t size1 = strlen(data1);
    size_t size2 = strlen(data2);
    off_t offset1 = 0;
    off_t offset2 = size1;

    // Open the file
    fd = open(path, O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open file");
        return 1;
    }

    // Perform first write
    if (pwrite(fd, data1, size1, offset1) == -1) {
        perror("Failed to write data1");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Use fsync to flush the first write to disk
    if (fsync(fd) == -1) {
        perror("fsync failed after data1");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Perform second write
    if (pwrite(fd, data2, size2, offset2) == -1) {
        perror("Failed to write data2");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Final fsync to ensure data2 is flushed
    if (fsync(fd) == -1) {
        perror("fsync failed after data2");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Close the file
    if (close(fd) == -1) {
        perror("Failed to close file");
        return 1;
    }

    printf("Writes completed and synced successfully.\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
    int fd;
    const char *path = "simple_ordered_file.txt";
    const char *data1 = "Data block 1";
    const char *data2 = "Data block 2";
    size_t size1 = strlen(data1);
    size_t size2 = strlen(data2);

    // Open file with O_SYNC for synchronous writes
    fd = open(path, O_RDWR | O_CREAT | O_SYNC, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("Open failed");
        return 1;
    }

    // Write first data
    if (write(fd, data1, size1) == -1) {
        perror("Write data1 failed");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Write second data
    if (write(fd, data2, size2) == -1) {
        perror("Write data2 failed");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // Close file
    close(fd);
    printf("Writes completed with O_SYNC.\n");
    return 0;
}

import os
def validate_file_content(path):
    try:
        with open(path, 'r') as f:
            content = f.read()
        assert "Data block 1" in content
        assert "Data block 2" in content
        print("Test passed: Both writes are present.")
    except AssertionError:
        print("Test failed: Writes are inconsistent.")
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")

# File validation after running a C program
validate_file_content("simple_ordered_file.txt")

लिनक्स में डेटा संगति सुनिश्चित करना: जर्नलिंग और बफ़र्ड राइट्स

समझ का एक महत्वपूर्ण पहलू Linux फ़ाइल सिस्टम जैसे ext4 में जर्नलिंग की भूमिका है। जर्नलिंग फ़ाइल सिस्टम मुख्य भंडारण के लिए प्रतिबद्ध होने से पहले परिवर्तनों का एक लॉग (या जर्नल) बनाए रखकर बिजली विफलता जैसी अप्रत्याशित घटनाओं के दौरान भ्रष्टाचार को रोकने में मदद करता है। जर्नल यह सुनिश्चित करता है कि आपके डेटा को सुसंगत रखते हुए अपूर्ण परिचालनों को वापस ले लिया जाए। हालाँकि, जर्नलिंग स्वाभाविक रूप से कॉलिंग जैसी अतिरिक्त सावधानियों के बिना आदेशित लेखन की गारंटी नहीं देती है . हमारे उदाहरण में, जर्नलिंग यह सुनिश्चित कर सकती है कि फ़ाइल दूषित न हो, इसके कुछ भाग पहले भी कायम रह सकता है डेटा1.

एक अन्य विचार यह है कि लिनक्स बफ़र्स फ़ाइल कैसे लिखती है। जब आप उपयोग करते हैं या , डेटा अक्सर मेमोरी बफ़र पर लिखा जाता है, सीधे डिस्क पर नहीं। यह बफ़रिंग प्रदर्शन में सुधार करती है लेकिन एक जोखिम पैदा करती है जहाँ डेटा हानि हो सकती है यदि सिस्टम बफ़र के फ्लश होने से पहले क्रैश हो जाता है। कॉलिंग या फ़ाइल को इसके साथ खोल रहा हूँ O_SYNC फ़्लैग सुनिश्चित करता है कि बफ़र किया गया डेटा विसंगतियों को रोकते हुए, डिस्क पर सुरक्षित रूप से फ़्लश किया गया है। इन उपायों के बिना, डेटा आंशिक रूप से लिखा हुआ दिखाई दे सकता है, विशेषकर बिजली विफलता के मामलों में। ⚡

बड़ी फ़ाइलों या महत्वपूर्ण प्रणालियों के साथ काम करने वाले डेवलपर्स के लिए, स्थायित्व को ध्यान में रखते हुए प्रोग्राम डिज़ाइन करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि एक एयरलाइन आरक्षण प्रणाली सीट उपलब्धता डेटा लिख ​​रही है। यदि उड़ान विवरण दर्शाने वाला पहला ब्लॉक पूरी तरह से नहीं लिखा गया है और दूसरा ब्लॉक बना रहता है, तो इससे डेटा भ्रष्टाचार या दोहरी बुकिंग हो सकती है। का उपयोग करते हुए या महत्वपूर्ण चरणों में इन नुकसानों से बचा जाता है। विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए हमेशा वास्तविक विफलता सिमुलेशन के तहत व्यवहार का परीक्षण करें। 😊

1. क्या करता है करें, और मुझे इसका उपयोग कब करना चाहिए?
2. यह सुनिश्चित करता है कि किसी फ़ाइल के सभी डेटा और मेटाडेटा को मेमोरी बफ़र्स से डिस्क पर फ़्लश किया गया है। स्थायित्व की गारंटी के लिए महत्वपूर्ण लेखन के बाद इसका उपयोग करें।
3. के बीच क्या अंतर है और ?
4. फ़ाइल आकार अपडेट जैसे मेटाडेटा को छोड़कर, केवल फ़ाइल डेटा को फ्लश करता है। डेटा और मेटाडेटा दोनों को फ्लश करता है।
5. क्या ext4 में जर्नलिंग आदेशित लेखन की गारंटी देता है?
6. नहीं, ext4 जर्नलिंग एकरूपता सुनिश्चित करती है लेकिन यह गारंटी नहीं देती कि लेखन स्पष्ट रूप से उपयोग किए बिना क्रम में होता है या .
7. कैसे हुआ नियमित फ़ाइल लेखन से भिन्न?
8. साथ , प्रत्येक लेखन तुरंत डिस्क पर फ्लश हो जाता है, स्थायित्व सुनिश्चित करता है लेकिन प्रदर्शन की कीमत पर।
9. क्या मैं अपने सिस्टम पर फ़ाइल लेखन स्थायित्व का परीक्षण कर सकता हूँ?
10. हां, आप वर्चुअल मशीन या टूल्स का उपयोग करके बिजली विफलताओं का अनुकरण कर सकते हैं यह देखने के लिए कि फ़ाइल लेखन कैसे व्यवहार करता है।

बिजली की विफलता के दौरान फ़ाइल स्थायित्व की गारंटी के लिए जानबूझकर डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। जैसे उपकरणों के बिना या , Linux फ़ाइल सिस्टम फ़ाइलों को असंगत स्थिति में छोड़ सकता है। महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, प्रमुख चरणों में परीक्षण और फ्लशिंग राइट्स आवश्यक अभ्यास हैं।

किसी दुर्घटना के दौरान लॉग फ़ाइल के कुछ हिस्सों को खोने की कल्पना करें। यह सुनिश्चित करना कि डेटा2 भ्रष्टाचार को रोकने से पहले डेटा1 पूरी तरह से संग्रहीत है। सर्वोत्तम प्रथाओं का पालन अप्रत्याशित विफलताओं में भी मजबूत डेटा अखंडता सुनिश्चित करता है। ⚡