Ali Linux obljublja zaporedno pisanje datotek v primeru izpada električne energije?

Razumevanje vzdržljivosti zapisovanja datotek med izpadi električne energije

Predstavljajte si, da pišete dva kritična podatka v datoteko in nenadoma zmanjka elektrike. Ali bo Linux ali vaš izbrani datotečni sistem zagotovil, da se vaše drugo pisanje ne prikaže v pomnilniku, razen če se prvo zaključi? To je vprašanje, ki ga mnogi razvijalci spregledajo, dokler ne pride do katastrofe. 🛑

Trajnost datoteke je ključnega pomena pri ravnanju s celovitostjo podatkov, zlasti ko pride do izpadov električne energije ali zrušitev. To vprašanje postane še bolj pereče pri delu s sistemi, združljivimi s POSIX ali običajnimi datotečnimi sistemi, kot je ext4. Ali je zagotovljeno, da so zapisi zaporedni in atomski, ali potrebujete dodatne previdnostne ukrepe?

Na primer, razmislite o veliki aplikaciji, ki piše dnevnike ali strukturirane podatke v datoteko v dveh delih, ki se ne prekrivata. Brez jasnih jamstev obstaja tveganje, da se del drugega pisanja prikrade na disk, pri čemer ostane datoteka v nedoslednem stanju. To lahko povzroči poškodovane baze podatkov, izgubljene transakcije ali nepopolne zapise. 😓

Ta članek raziskuje, ali POSIX, Linux ali sodobni datotečni sistemi, kot je ext4, zagotavljajo vzdržljivost in vrstni red zapisovanja datotek. Ugotovili bomo tudi, ali je uporaba fsync() ali fdatasync() med pisanjem edina zanesljiva rešitev za preprečevanje nedoslednosti podatkov.

Ukaz	Primer uporabe
pwrite	Funkcija pwrite zapiše podatke v določen deskriptor datoteke z določenim odmikom brez spreminjanja kazalca datoteke. Na primer: pwrite(fd, data1, size1, offset1). Zagotavlja, da se pisanje izvaja na točno določenih položajih, kar je uporabno za urejeno pisanje.
fsync	Ukaz fsync prisili, da se vsi medpomnjeni podatki za deskriptor datoteke zapišejo na disk. Zagotavlja, da so podatki varno shranjeni. Na primer: fsync(fd).
O_RDWR	Zastavica O_RDWR v odprtem sistemskem klicu omogoča odpiranje datoteke za branje in pisanje. Na primer: open(path, O_RDWR).
O_SYNC	O_SYNC zagotavlja, da vsako pisanje v datoteko takoj odplakne podatke na disk, kar zagotavlja vzdržljivost. Na primer: open(path, O_SYNC).
errno	Spremenljivka errno zajame kode napak med neuspelim sistemskim klicem. Pogosto se uporablja s perror za prikaz sporočil o napakah. Primer: napaka ("Pisanje ni uspelo").
off_t	Podatkovni tip off_t predstavlja odmike datotek, ki se običajno uporabljajo pri operacijah pozicioniranja datotek. Primer: off_t offset = 0.
assert	Funkcija assert preverja pogoje v testih enot in zagotavlja, da pride do pričakovanih rezultatov. Primer: v vsebini potrdi "Podatkovni blok 1".
fcntl.h	fcntl.h vključuje bistvene operacije nadzora datotek za upravljanje deskriptorjev datotek in izvajanje V/I na nizki ravni. Primer: #include
O_CREAT	Zastavica O_CREAT ustvari datoteko, če med odprtjem ne obstaja. Primer: odpri(pot, O_RDWR | O_CREAT).
perror	Funkcija perror natisne opisna sporočila o napakah, povezana z neuspelimi sistemskimi klici. Primer: napaka ("Odpiranje ni uspelo").

Razumevanje trajnosti zapisovanja v datoteke in zagotavljanje doslednosti podatkov

V prej predstavljenih skriptih smo obravnavali vprašanje zajamčenih vzdržljivosti pri pisanju datotek Linux, ko pride do nepričakovanih dogodkov, kot so izpadi električne energije. Poudarek je bil na zagotavljanju, da drugi blok podatkov, , ne bi obstal v pomnilniku, razen če prvi blok, , je bilo že v celoti napisano. Rešitev je slonela na kombinaciji skrbno izbranih sistemskih klicev, kot je npr in fsyncin vedenje datotečnega sistema. Prvi uporabljeni scenarij fsync med dvema zaporednima pisanjema, da se zagotovi, da se podatki1 splaknejo na disk, preden nadaljujejo s pisanjem podatkov2. To zagotavlja celovitost podatkov, tudi če se sistem zruši po prvem pisanju.

Razčlenimo podrobneje: funkcija piše na določen odmik znotraj datoteke, ne da bi spremenila kazalec datoteke. To je še posebej uporabno za zapisovanje brez prekrivanja, kot je prikazano tukaj, kjer sta dva podatkovna bloka zapisana z različnimi odmiki. Z eksplicitno uporabo po prvem pisanju prisilimo operacijski sistem, da izprazni medpomnilniško vsebino datoteke na disk, kar zagotavlja obstojnost. Brez funkcije fsync lahko podatki ostanejo v pomnilniku in so izpostavljeni izgubi med izpadi električne energije. Predstavljajte si, da napišete pomemben vnos v dnevnik ali shranite del baze podatkov – če prvi del izgine, postanejo podatki nedosledni. 😓

V drugem scenariju smo raziskali uporabo zastava v sistemski klic. Ko je ta zastavica omogočena, vsaka operacija zapisovanja takoj odplakne podatke v shrambo, s čimer ni več potrebe po ročnem zapisovanju klice. To poenostavlja kodo, hkrati pa zagotavlja jamstva za vzdržljivost. Vendar pa obstaja kompromis: uporaba O_SYNC povzroči zmanjšanje zmogljivosti, ker sinhrono pisanje traja dlje v primerjavi s pisanjem v medpomnilniku. Ta pristop je idealen za sisteme, kjer zanesljivost prevlada nad pomisleki glede zmogljivosti, kot so finančni sistemi ali beleženje podatkov v realnem času. Na primer, če shranjujete podatke senzorjev ali dnevnike transakcij, mora biti vsako pisanje popolnoma zanesljivo. 🚀

Skript za testiranje enote, napisan v Pythonu, je potrdil te rešitve s preverjanjem vsebine datoteke po izvedbi programa C. Zagotovil je, da sta bila data1 in data2 zapisana po pričakovanjih. Ta korak poudarja pomembnost testiranja operacij datotek v različnih pogojih. Če bi uvedli podobno rešitev na produkcijskem strežniku, bi bili testi enot ključnega pomena za preverjanje celovitosti vaših zapisov. S kombiniranjem robustnih praks kodiranja, kot je uporaba fsync, s preverjanjem s testi, lahko zanesljivo zagotovite trajnost in doslednost pisanja datotek v sistemih, združljivih s 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")

Zagotavljanje konsistentnosti podatkov v Linuxu: beleženje in medpomnilniško pisanje

En kritičen vidik razumevanja v datotečnih sistemih Linux, kot je ext4, je vloga dnevnika. Datotečni sistemi, ki beležijo, pomagajo preprečiti poškodbe med nepričakovanimi dogodki, kot so izpadi električne energije, tako da vzdržujejo dnevnik (ali dnevnik) sprememb, preden so predane glavnemu pomnilniku. Dnevnik zagotavlja, da se nedokončane operacije povrnejo nazaj, pri čemer so vaši podatki dosledni. Vendar pa beleženje samo po sebi ne zagotavlja urejenih zapisov brez dodatnih varnostnih ukrepov, kot je klicanje . V našem primeru lahko beleženje zagotovi, da se datoteka ne poškoduje, vendar deli še lahko vztrajal prej podatki1.

Drug premislek je, kako Linux medpomnilnik zapisuje. Ko uporabljate oz , se podatki pogosto zapišejo v medpomnilnik, ne neposredno na disk. To medpomnjenje izboljša zmogljivost, vendar ustvarja tveganje, da lahko pride do izgube podatkov, če se sistem zruši, preden se medpomnilnik izprazni. Klicanje ali odpiranje datoteke z O_SYNC zastavica zagotavlja, da so medpomnjeni podatki varno splaknjeni na disk, kar preprečuje nedoslednosti. Brez teh ukrepov bi lahko bili podatki delno zapisani, zlasti v primeru izpada električne energije. ⚡

Za razvijalce, ki delajo z velikimi datotekami ali kritičnimi sistemi, je bistveno, da načrtujejo programe z mislijo na vzdržljivost. Na primer, predstavljajte si sistem rezervacij letalske družbe, ki piše podatke o razpoložljivosti sedežev. Če prvi blok, ki označuje podrobnosti leta, ni v celoti napisan in drugi blok vztraja, lahko pride do poškodb podatkov ali dvojnih rezervacij. Uporaba oz v kritičnih fazah se izogne ​​tem pastem. Vedno preizkusite obnašanje v simulacijah resničnih okvar, da zagotovite zanesljivost. 😊

1. Kaj počne narediti in kdaj naj ga uporabim?
2. zagotavlja, da se vsi podatki in metapodatki za datoteko izpraznijo iz pomnilniških medpomnilnikov na disk. Uporabite ga po kritičnih zapisih, da zagotovite vzdržljivost.
3. Kakšna je razlika med in ?
4. izpere samo podatke datoteke, razen metapodatkov, kot so posodobitve velikosti datoteke. izpere podatke in metapodatke.
5. Ali beleženje v ext4 zagotavlja urejeno pisanje?
6. Ne, beleženje ext4 zagotavlja doslednost, vendar ne zagotavlja, da se zapisi izvajajo po vrstnem redu brez izrecne uporabe oz .
7. Kako razlikuje od običajnega pisanja datotek?
8. z , se vsako pisanje takoj odplakne na disk, kar zagotavlja vzdržljivost, vendar s ceno zmanjšane zmogljivosti.
9. Ali lahko preizkusim vzdržljivost zapisovanja datotek v svojem sistemu?
10. Da, izpade električne energije lahko simulirate z uporabo virtualnih strojev ali orodij, kot je opazovati, kako se zapisovanje v datoteko obnaša.

Zagotavljanje trajnosti datoteke med izpadi električne energije zahteva načrtno načrtovanje. Brez orodij, kot je oz , lahko datotečni sistemi Linux pustijo datoteke v nedoslednem stanju. Za kritične aplikacije sta testiranje in izpiranje pisanja na ključnih stopnjah bistveni praksi.

Predstavljajte si, da med zrušitvijo izgubite dele dnevniške datoteke. Zagotavljanje, da so podatki1 v celoti shranjeni pred podatki2, preprečuje poškodbe. Upoštevanje najboljših praks zagotavlja zanesljivo celovitost podatkov, tudi pri nepredvidljivih okvarah. ⚡