Linux Elektrik Kesintisi Durumunda Sıralı Dosya Yazma Vaadi Veriyor mu?

Elektrik Kesintileri Sırasında Dosya Yazma Dayanıklılığını Anlamak

Bir dosyaya iki kritik veri parçası yazdığınızı ve aniden gücün kesildiğini düşünün. Linux veya seçtiğiniz dosya sistemi, ilk yazma işlemi tamamlanmadıkça ikinci yazma işleminizin depolama alanında görünmemesini sağlayacak mı? Bu, birçok geliştiricinin felaket gelene kadar gözden kaçırdığı bir sorudur. 🛑

Dosya dayanıklılığı, özellikle elektrik kesintileri veya çökmeler meydana geldiğinde, veri bütünlüğünü yönetirken çok önemlidir. POSIX uyumlu sistemler veya ext4 gibi yaygın dosya sistemleriyle çalışırken bu soru daha da acil hale geliyor. Yazmaların sıralı ve atomik olacağı garanti ediliyor mu, yoksa ekstra önlemlere mi ihtiyacınız var?

Örneğin, büyük bir uygulamanın günlükleri veya yapılandırılmış verileri örtüşmeyen iki parça halinde bir dosyaya yazdığını düşünün. Açık garantiler olmadan, ikinci yazma işleminin bir kısmının diske gizlice girerek dosyayı tutarsız bir durumda bırakma riski vardır. Bu, veritabanlarının bozulmasına, işlemlerin kaybolmasına veya eksik kayıtlara yol açabilir. 😓

Bu makale POSIX, Linux veya ext4 gibi modern dosya sistemlerinin dosya yazma dayanıklılığını ve sıralamasını garanti edip etmediğini araştırıyor. Ayrıca, yazma işlemleri arasında fsync() veya fdatasync() kullanmanın veri tutarsızlığını önlemek için tek güvenilir çözüm olup olmadığını da belirleyeceğiz.

Dosya Yazma Dayanıklılığını Anlamak ve Veri Tutarlılığını Sağlama

Daha önce sunulan komut dosyalarında, güç kesintileri gibi beklenmeyen olaylar meydana geldiğinde Linux dosya yazma işlemlerindeki dayanıklılık garantileri sorununu ele almıştık. Odak noktası ikinci veri bloğunun sağlanmasıydı. veri2, ilk blok olmadıkça depolamaya devam etmeyecektir, veri1, zaten tamamen yazılmıştı. Çözüm, dikkatle seçilmiş sistem çağrılarının bir kombinasyonuna dayanıyordu; pyazma Ve fsyncve dosya sistemi davranışları. Kullanılan ilk senaryo fsync veri2 yazmaya devam etmeden önce veri1'in diske boşaltılmasını garanti etmek için iki ardışık yazma arasında. Bu, sistem ilk yazmadan sonra çökse bile veri bütünlüğünü sağlar.

Daha da detaylandıralım: pyazma işlev, dosya işaretçisini değiştirmeden bir dosya içinde belirtilen bir uzaklığa yazar. Bu, burada gösterildiği gibi, iki veri bloğunun farklı uzaklıklara yazıldığı örtüşmeyen yazmalar için özellikle kullanışlıdır. Açıkça kullanarak fsync İlk yazmanın ardından işletim sistemini dosyanın arabelleğe alınmış içeriğini diske temizlemeye zorlayarak kalıcılığı sağlıyoruz. Fsync olmadan veriler bellekte kalabilir ve elektrik kesintileri sırasında kaybolmaya karşı savunmasız kalabilir. Kritik bir günlük girişi yazdığınızı veya veritabanının bir bölümünü kaydettiğinizi düşünün; ilk bölüm kaybolursa veriler tutarsız hale gelir. 😓

İkinci senaryoda, kullanımını araştırdık. O_SYNC bayrak açık sistem çağrısı. Bu işaret etkinleştirildiğinde, her yazma işlemi verileri anında depolamaya aktarır ve manuel yazma ihtiyacını ortadan kaldırır. fsync Aramalar. Bu, kodu basitleştirirken dayanıklılık garantisini de sağlar. Bununla birlikte, bir değiş tokuş vardır: O_SYNC'nin kullanılması performans kaybına neden olur çünkü senkronize yazmalar, ara belleğe alınmış yazmalara kıyasla daha uzun sürer. Bu yaklaşım, finansal sistemler veya gerçek zamanlı veri kaydı gibi güvenilirliğin performans kaygılarından daha ağır bastığı sistemler için idealdir. Örneğin, sensör verilerini veya işlem günlüklerini kaydediyorsanız, her yazma işleminin kesinlikle güvenilir olmasına ihtiyacınız vardır. 🚀

Python'da yazılan birim test betiği, C programını çalıştırdıktan sonra dosyanın içeriğini kontrol ederek bu çözümleri doğruladı. Hem veri1 hem de veri2'nin beklendiği gibi yazılmasını sağladı. Bu adım, dosya işlemlerini çeşitli koşullar altında test etmenin önemini vurgular. Benzer bir çözümü bir üretim sunucusuna dağıtacaksanız, birim testleri yazmalarınızın bütünlüğünü doğrulamak açısından kritik öneme sahip olacaktır. Fsync kullanımı gibi sağlam kodlama uygulamalarını testler aracılığıyla doğrulamayla birleştirerek, POSIX uyumlu sistemlerde dosya yazma işlemlerinizin dayanıklılığını ve tutarlılığını güvenle sağlayabilirsiniz.

#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")

Linux'ta Veri Tutarlılığının Sağlanması: Günlük Tutma ve Arabelleğe Alınmış Yazmalar

Anlamanın kritik bir yönü dayanıklılık garantileri ext4 gibi Linux dosya sistemlerinde günlük tutmanın rolü vardır. Günlüğe kaydetme dosya sistemleri, ana depolamaya kaydedilmeden önce değişikliklerin günlüğünü (veya günlüğünü) tutarak güç kesintileri gibi beklenmedik olaylar sırasında bozulmanın önlenmesine yardımcı olur. Günlük, tamamlanmamış işlemlerin geri alınmasını sağlayarak verilerinizin tutarlı kalmasını sağlar. Ancak günlük kaydı, arama gibi ek önlemler olmadan, sıralı yazma işlemlerini doğası gereği garanti etmez. fsync. Örneğimizde, günlük kaydı dosyanın bozulmamasını sağlayabilirken, bazı kısımları veri2 daha önce hala devam edebilirdi veri1.

Dikkate alınması gereken bir diğer husus, Linux'un dosya yazmayı nasıl arabelleğe aldığıdır. Kullandığınızda pwrite veya write, veriler genellikle doğrudan diske değil, bir bellek arabelleğine yazılır. Bu ara belleğe alma performansı artırır ancak arabellek temizlenmeden sistemin çökmesi durumunda veri kaybının meydana gelebileceği bir risk oluşturur. Arama fsync veya dosyayı şununla açın: O_SYNC flag, ara belleğe alınan verilerin diske güvenli bir şekilde atılmasını sağlayarak tutarsızlıkları önler. Bu önlemler olmadan, özellikle elektrik kesintisi durumlarında veriler kısmen yazılı görünebilir. ⚡

Büyük dosyalarla veya kritik sistemlerle çalışan geliştiriciler için programların dayanıklılığı göz önünde bulundurarak tasarlanması çok önemlidir. Örneğin, bir havayolu rezervasyon sisteminin koltuk kullanılabilirliği verilerini yazdığını hayal edin. Uçuş detaylarını gösteren ilk bloğun tam olarak yazılmaması ve ikinci bloğun devam etmesi veri bozulmasına veya çifte rezervasyona neden olabilir. Kullanma fsync veya fdatasync kritik aşamalarda bu tuzaklardan kaçınır. Güvenilirliği sağlamak için davranışı her zaman gerçek arıza simülasyonları altında test edin. 😊