Apakah Linux Menjanjikan Penulisan File Berurutan Saat Listrik Padam?

Memahami Daya Tahan Penulisan File Selama Listrik Mati

Bayangkan Anda sedang menulis dua bagian data penting ke sebuah file, dan tiba-tiba listrik padam. Akankah Linux atau sistem file pilihan Anda memastikan bahwa penulisan kedua Anda tidak muncul di penyimpanan kecuali penulisan pertama selesai? Ini adalah pertanyaan yang diabaikan oleh banyak pengembang hingga terjadi bencana. 🛑

Daya tahan file sangat penting ketika menangani integritas data, terutama ketika listrik mati atau crash. Pertanyaan ini menjadi lebih mendesak ketika bekerja dengan sistem yang mendukung POSIX atau sistem file umum seperti ext4. Apakah penulisan dijamin berurutan dan bersifat atomik, atau apakah Anda memerlukan tindakan pencegahan ekstra?

Misalnya, pertimbangkan aplikasi besar yang menulis log atau data terstruktur ke file dalam dua bagian yang tidak tumpang tindih. Tanpa jaminan yang jelas, ada risiko bagian penulisan kedua menyelinap ke dalam disk, sehingga file berada dalam keadaan tidak konsisten. Hal ini dapat menyebabkan database rusak, transaksi hilang, atau catatan tidak lengkap. 😓

Artikel ini membahas apakah POSIX, Linux, atau sistem file modern seperti ext4 menjamin ketahanan dan pemesanan penulisan file. Kami juga akan menentukan apakah penggunaan fsync() atau fdatasync() di antara penulisan adalah satu-satunya solusi yang dapat diandalkan untuk mencegah inkonsistensi data.

Memahami Daya Tahan Penulisan File dan Memastikan Konsistensi Data

Dalam skrip yang disajikan sebelumnya, kami membahas masalah jaminan ketahanan dalam penulisan file Linux ketika terjadi kejadian tak terduga, seperti listrik padam. Fokusnya adalah memastikan bahwa blok data kedua, data2, tidak akan disimpan kecuali blok pertama, data1, sudah ditulis seluruhnya. Solusinya bergantung pada kombinasi panggilan sistem yang dipilih dengan cermat, seperti menulis Dan fsync, dan perilaku sistem file. Skrip pertama digunakan fsync antara dua penulisan berurutan untuk menjamin bahwa data1 dipindahkan ke disk sebelum melanjutkan menulis data2. Hal ini memastikan integritas data, bahkan jika sistem mengalami crash setelah penulisan pertama.

Mari kita uraikan lebih jauh: the menulis fungsi menulis ke offset tertentu dalam file tanpa mengubah penunjuk file. Hal ini sangat berguna untuk penulisan yang tidak tumpang tindih, seperti yang ditunjukkan di sini, di mana dua blok data ditulis dengan offset berbeda. Dengan menggunakan secara eksplisit fsync setelah penulisan pertama, kami memaksa sistem operasi untuk membuang konten file yang di-buffer ke disk, untuk memastikan persistensi. Tanpa fsync, data mungkin tetap berada di memori, rentan hilang saat listrik mati. Bayangkan menulis entri log penting atau menyimpan bagian dari database—jika bagian pertama hilang, data menjadi tidak konsisten. 😓

Di skrip kedua, kami mengeksplorasi penggunaan O_SYNC bendera di membuka panggilan sistem. Dengan mengaktifkan tanda ini, setiap operasi penulisan segera memindahkan data ke penyimpanan, sehingga tidak memerlukan manual fsync panggilan. Ini menyederhanakan kode sambil tetap memastikan jaminan ketahanan. Namun, ada trade-off: penggunaan O_SYNC menimbulkan penalti kinerja karena penulisan sinkron membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan dengan penulisan yang di-buffer. Pendekatan ini ideal untuk sistem yang keandalannya melebihi masalah kinerja, seperti sistem keuangan atau pencatatan data real-time. Misalnya, jika Anda menyimpan data sensor atau log transaksi, Anda memerlukan setiap penulisan yang benar-benar andal. 🚀

Skrip pengujian unit yang ditulis dengan Python memvalidasi solusi ini dengan memeriksa konten file setelah menjalankan program C. Ini memastikan bahwa data1 dan data2 ditulis seperti yang diharapkan. Langkah ini menyoroti pentingnya menguji operasi file dalam berbagai kondisi. Jika Anda menerapkan solusi serupa di server produksi, pengujian unit akan sangat penting untuk memverifikasi integritas penulisan Anda. Dengan menggabungkan praktik pengkodean yang kuat seperti penggunaan fsync dengan validasi melalui pengujian, Anda dapat dengan yakin memastikan ketahanan dan konsistensi penulisan file Anda pada sistem yang mendukung POSIX.

#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")

Memastikan Konsistensi Data di Linux: Penjurnalan dan Penulisan Buffer

Salah satu aspek penting dari pemahaman jaminan ketahanan di sistem file Linux seperti ext4 adalah peran penjurnalan. Sistem file penjurnalan membantu mencegah kerusakan selama kejadian tak terduga seperti pemadaman listrik dengan menyimpan log (atau jurnal) perubahan sebelum dimasukkan ke penyimpanan utama. Jurnal memastikan bahwa operasi yang belum selesai dibatalkan, sehingga data Anda tetap konsisten. Namun, penjurnalan tidak menjamin penulisan yang terurut tanpa tindakan pencegahan tambahan seperti menelepon fsync. Dalam contoh kita, meskipun penjurnalan dapat memastikan file tidak rusak, sebagian darinya data2 masih bisa bertahan sebelumnya data1.

Pertimbangan lainnya adalah cara penulisan file buffer Linux. Saat Anda menggunakan pwrite atau write, data sering kali ditulis ke buffer memori, tidak langsung ke disk. Buffer ini meningkatkan kinerja namun menimbulkan risiko hilangnya data jika sistem mengalami crash sebelum buffer dihapus. Panggilan fsync atau membuka file dengan O_SYNC flag memastikan data yang di-buffer dipindahkan dengan aman ke disk, mencegah inkonsistensi. Tanpa langkah-langkah ini, data mungkin hanya ditulis sebagian, terutama jika terjadi pemadaman listrik. ⚡

Bagi pengembang yang bekerja dengan file besar atau sistem penting, penting untuk merancang program dengan mempertimbangkan daya tahan. Misalnya, bayangkan sistem reservasi maskapai penerbangan menulis data ketersediaan kursi. Jika blok pertama yang menunjukkan rincian penerbangan tidak ditulis secara lengkap dan blok kedua tetap ada, hal ini dapat menyebabkan kerusakan data atau pemesanan ganda. Menggunakan fsync atau fdatasync pada tahap kritis menghindari jebakan ini. Selalu uji perilaku dalam simulasi kegagalan nyata untuk memastikan keandalan. 😊