Ar „Linux“ žada nuoseklų failų rašymą elektros energijos tiekimo nutraukimo atveju?

Failų rašymo patvarumo supratimas dingus elektrai

Įsivaizduokite, kad į failą įrašote du svarbius duomenis ir staiga dingsta maitinimas. Ar Linux arba jūsų pasirinkta failų sistema užtikrins, kad antrasis įrašymas nebus rodomas saugykloje, nebent bus baigtas pirmasis? Į šį klausimą daugelis kūrėjų nepastebi, kol ištinka nelaimė. 🛑

Failo patvarumas yra labai svarbus tvarkant duomenų vientisumą, ypač kai nutrūksta maitinimas arba įvyksta gedimų. Šis klausimas tampa dar aktualesnis dirbant su POSIX suderinamomis sistemomis arba įprastomis failų sistemomis, tokiomis kaip ext4. Ar įrašai bus nuoseklūs ir nuoseklūs, ar reikia papildomų atsargumo priemonių?

Pavyzdžiui, apsvarstykite, ar didelė programa įrašo žurnalus arba struktūrinius duomenis į failą iš dviejų nesutampančių dalių. Jei nėra aiškių garantijų, kyla pavojus, kad dalis antrojo įrašo prasiskverbia į diską ir paliks failą nenuoseklios būsenos. Dėl to gali būti sugadintos duomenų bazės, prarastos operacijos arba neišsamūs įrašai. 😓

Šiame straipsnyje nagrinėjama, ar POSIX, Linux ar modernios failų sistemos, tokios kaip ext4, garantuoja failų rašymo patvarumą ir tvarką. Taip pat nustatysime, ar fsync() arba fdatasync() naudojimas tarp įrašų yra vienintelis patikimas sprendimas siekiant išvengti duomenų nenuoseklumo.

Failų rašymo patvarumo supratimas ir duomenų nuoseklumo užtikrinimas

Anksčiau pateiktuose scenarijuose sprendėme patvarumo garantijų problemą „Linux“ failų įrašuose, kai įvyksta netikėti įvykiai, pavyzdžiui, nutrūksta elektros tiekimas. Dėmesys buvo skirtas užtikrinti, kad antrasis duomenų blokas, duomenys2, neišliks saugykloje, nebent pirmasis blokas, duomenys1, jau buvo visiškai parašyta. Sprendimas rėmėsi kruopščiai parinktų sistemos skambučių deriniu, pvz pwrite ir fsync, ir failų sistemos elgseną. Naudotas pirmasis scenarijus fsync tarp dviejų nuoseklių įrašų, kad būtų užtikrinta, jog duomenys1 būtų išplauti į diską prieš pradedant rašyti duomenis2. Tai užtikrina duomenų vientisumą, net jei sistema sugenda po pirmojo įrašymo.

Išskaidykime jį toliau: pwrite funkcija įrašo į nurodytą poslinkį faile nekeičiant failo žymeklio. Tai ypač naudinga nepersidengiant rašymui, kaip parodyta čia, kai du duomenų blokai rašomi skirtingais poslinkiais. Aiškiai naudojant fsync po pirmojo įrašymo priverčiame operacinę sistemą nuplauti failo buferinį turinį į diską, užtikrindami patvarumą. Be fsync duomenys gali likti atmintyje ir gali būti pažeidžiami nutrūkus maitinimui. Įsivaizduokite, kad rašote svarbų žurnalo įrašą arba išsaugote dalį duomenų bazės – jei pirmoji dalis dingsta, duomenys tampa nenuoseklūs. 😓

Antrajame scenarijuje mes ištyrėme, kaip naudoti O_SYNC vėliava atidaryti sistemos skambutis. Įjungus šią vėliavėlę, kiekviena rašymo operacija nedelsiant iškrauna duomenis į saugyklą, todėl nebereikia rankinio darbo fsync skambučių. Tai supaprastina kodą, tuo pačiu užtikrinant ilgaamžiškumo garantijas. Tačiau yra kompromisas: naudojant O_SYNC įvedama našumo nuobauda, ​​nes sinchroninis rašymas užtrunka ilgiau, palyginti su buferiniu įrašymu. Šis metodas idealiai tinka sistemoms, kurių patikimumas nusveria su našumu susijusias problemas, pvz., finansų sistemos arba duomenų registravimas realiuoju laiku. Pavyzdžiui, jei išsaugote jutiklio duomenis arba operacijų žurnalus, kiekvienas įrašas turi būti visiškai patikimas. 🚀

Vieneto testo scenarijus, parašytas Python, patvirtino šiuos sprendimus, patikrindamas failo turinį po C programos vykdymo. Tai užtikrino, kad duomenys1 ir duomenys2 būtų parašyti taip, kaip tikėtasi. Šis veiksmas pabrėžia failų operacijų tikrinimo įvairiomis sąlygomis svarbą. Jei gamybiniame serveryje įdiegtumėte panašų sprendimą, vienetų testai būtų labai svarbūs norint patikrinti jūsų įrašų vientisumą. Derindami patikimas kodavimo praktikas, tokias kaip fsync naudojimas, su patvirtinimu atliekant testus, galite užtikrintai užtikrinti failų rašymo patvarumą ir nuoseklumą su POSIX suderinamose sistemose.

#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")

Duomenų nuoseklumo užtikrinimas „Linux“: žurnalų kūrimas ir buferiniai įrašai

Vienas iš svarbiausių supratimo aspektų ilgaamžiškumo garantijos „Linux“ failų sistemose, tokiose kaip ext4, yra žurnalų kūrimo vaidmuo. Žurnalų registravimo failų sistemos padeda išvengti sugadinimo netikėtų įvykių, pvz., elektros energijos tiekimo sutrikimų, metu, nes tvarko pakeitimų žurnalą (arba žurnalą), prieš juos įtraukiant į pagrindinę saugyklą. Žurnalas užtikrina, kad neužbaigtos operacijos būtų atšauktos ir jūsų duomenys būtų nuoseklūs. Tačiau žurnalų kūrimas savaime negarantuoja užsakytų įrašų be papildomų atsargumo priemonių, tokių kaip skambinimas fsync. Mūsų pavyzdyje, nors žurnalas gali užtikrinti, kad failas nebūtų sugadintas, dalys duomenys2 galėjo išlikti anksčiau duomenys1.

Kitas aspektas yra tai, kaip rašomas „Linux“ buferio failas. Kai naudojate pwrite arba write, duomenys dažnai įrašomi į atminties buferį, o ne tiesiai į diską. Šis buferis pagerina našumą, tačiau sukelia duomenų praradimo riziką, jei sistema sugenda prieš išplovus buferį. Skambina fsync arba atidarykite failą naudodami O_SYNC vėliavėlė užtikrina, kad buferiniai duomenys būtų saugiai nuplauti į diską, taip išvengiant neatitikimų. Be šių priemonių duomenys gali būti iš dalies įrašyti, ypač dingus elektrai. ⚡

Kūrėjams, dirbantiems su dideliais failais ar svarbiomis sistemomis, labai svarbu kurti programas atsižvelgiant į patvarumą. Pavyzdžiui, įsivaizduokite, kad oro linijų rezervavimo sistema rašo laisvų vietų duomenis. Jei pirmasis blokas, nurodantis skrydžio informaciją, nėra visiškai įrašytas, o antrasis blokas išlieka, tai gali sukelti duomenų sugadinimą arba dvigubus užsakymus. Naudojant fsync arba fdatasync kritiniais etapais išvengia šių spąstų. Visada patikrinkite elgseną realių gedimų modeliavimu, kad užtikrintumėte patikimumą. 😊