Belooft Linux opeenvolgend schrijven van bestanden in het geval van een stroomstoring?

Inzicht in de schrijfduurzaamheid van bestanden tijdens stroomstoringen

Stel je voor dat je twee cruciale gegevens naar een bestand schrijft en plotseling de stroom uitvalt. Zal Linux of het door u gekozen bestandssysteem ervoor zorgen dat uw tweede schrijfbewerking niet in de opslag verschijnt, tenzij de eerste is voltooid? Het is een vraag die veel ontwikkelaars over het hoofd zien totdat het noodlot toeslaat. 🛑

De duurzaamheid van bestanden is van cruciaal belang bij het omgaan met gegevensintegriteit, vooral wanneer er stroomstoringen of crashes optreden. Deze vraag wordt nog urgenter als u werkt met POSIX-compatibele systemen of gewone bestandssystemen zoals ext4. Zijn de schrijfbewerkingen gegarandeerd sequentieel en atomair, of zijn er extra voorzorgsmaatregelen nodig?

Denk bijvoorbeeld aan een grote applicatie die logbestanden of gestructureerde gegevens naar een bestand schrijft in twee niet-overlappende delen. Zonder duidelijke garanties bestaat het risico dat een deel van de tweede schrijfactie op de schijf terechtkomt, waardoor het bestand in een inconsistente staat achterblijft. Dit kan leiden tot beschadigde databases, verloren transacties of onvolledige records. 😓

Dit artikel onderzoekt of POSIX, Linux of moderne bestandssystemen zoals ext4 de duurzaamheid en volgorde van het schrijven van bestanden garanderen. We zullen ook bepalen of het gebruik van fsync() of fdatasync() tussen schrijfbewerkingen de enige betrouwbare oplossing is om inconsistentie van gegevens te voorkomen.

De duurzaamheid van het schrijven van bestanden begrijpen en de consistentie van gegevens garanderen

In de eerder gepresenteerde scripts hebben we het probleem aangepakt van duurzaamheidsgaranties bij het schrijven van Linux-bestanden wanneer onverwachte gebeurtenissen, zoals stroomstoringen, optreden. De nadruk lag op het garanderen dat het tweede blok gegevens, gegevens2, zou niet blijven bestaan ​​in de opslag, tenzij het eerste blok, gegevens1, was al volledig geschreven. De oplossing was gebaseerd op een combinatie van zorgvuldig gekozen systeemaanroepen, zoals schrijf En fsyncen bestandssysteemgedrag. Het eerste script dat werd gebruikt fsync tussen twee opeenvolgende schrijfbewerkingen om te garanderen dat data1 naar de schijf wordt gewist voordat verder wordt gegaan met het schrijven van data2. Dit garandeert de gegevensintegriteit, zelfs als het systeem crasht na de eerste schrijfbeurt.

Laten we het verder uitsplitsen: de pschrijven functie schrijft naar een opgegeven offset binnen een bestand zonder de bestandsaanwijzer te wijzigen. Dit is vooral handig voor niet-overlappende schrijfbewerkingen, zoals hier gedemonstreerd, waarbij de twee datablokken naar verschillende offsets worden geschreven. Door expliciet gebruik te maken van fsync na de eerste schrijfbeurt dwingen we het besturingssysteem om de gebufferde inhoud van het bestand naar schijf te spoelen, waardoor persistentie wordt gegarandeerd. Zonder fsync kunnen de gegevens in het geheugen achterblijven en kwetsbaar zijn voor verlies tijdens stroomstoringen. Stel je voor dat je een cruciale loginvoer schrijft of een deel van een database opslaat: als het eerste deel verdwijnt, worden de gegevens inconsistent. 😓

In het tweede script hebben we het gebruik van de O_SYNC vlag in de open systeem oproep. Als deze vlag is ingeschakeld, worden bij elke schrijfbewerking de gegevens onmiddellijk naar de opslag gespoeld, waardoor er geen handmatige handelingen meer nodig zijn fsync oproepen. Dit vereenvoudigt de code en garandeert tegelijkertijd duurzaamheidsgaranties. Er is echter een afweging: het gebruik van O_SYNC leidt tot prestatieverlies omdat synchrone schrijfbewerkingen langer duren in vergelijking met gebufferde schrijfbewerkingen. Deze aanpak is ideaal voor systemen waarbij betrouwbaarheid zwaarder weegt dan prestatieproblemen, zoals financiële systemen of realtime datalogging. Als u bijvoorbeeld sensorgegevens of transactielogboeken opslaat, moet elke schrijfactie absoluut betrouwbaar zijn. 🚀

Het in Python geschreven unit-testscript valideerde deze oplossingen door de inhoud van het bestand te controleren na het uitvoeren van het C-programma. Het zorgde ervoor dat zowel data1 als data2 werden geschreven zoals verwacht. Deze stap benadrukt het belang van het testen van bestandsbewerkingen onder verschillende omstandigheden. Als u een soortgelijke oplossing op een productieserver zou implementeren, zouden unit-tests van cruciaal belang zijn om de integriteit van uw schrijfbewerkingen te verifiëren. Door robuuste codeerpraktijken zoals fsync-gebruik te combineren met validatie door middel van tests, kunt u vol vertrouwen de duurzaamheid en consistentie van uw bestandsschrijfbewerkingen op POSIX-compatibele systemen garanderen.

#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")

Zorgen voor gegevensconsistentie in Linux: journaling en gebufferde schrijfbewerkingen

Eén cruciaal aspect van begrip duurzaamheid garandeert in Linux-bestandssystemen zoals ext4 is de rol van journaling. Het vastleggen van bestandssystemen in een journaal helpt corruptie tijdens onverwachte gebeurtenissen, zoals stroomstoringen, te voorkomen door een logboek (of journaal) van wijzigingen bij te houden voordat deze in de hoofdopslag worden vastgelegd. Het journaal zorgt ervoor dat onvolledige bewerkingen worden teruggedraaid, waardoor uw gegevens consistent blijven. Journalisering garandeert echter niet per definitie bestelde schrijfbewerkingen zonder aanvullende voorzorgsmaatregelen, zoals bellen fsync. In ons voorbeeld kan het bijhouden van een dagboek ervoor zorgen dat het bestand niet beschadigd raakt, maar delen van gegevens2 kon vroeger nog voortbestaan gegevens1.

Een andere overweging is hoe Linux het schrijven van bestanden buffert. Wanneer u gebruikt pwrite of writeworden gegevens vaak naar een geheugenbuffer geschreven, en niet rechtstreeks naar schijf. Deze buffering verbetert de prestaties, maar creëert een risico waarbij gegevensverlies kan optreden als het systeem crasht voordat de buffer is leeggemaakt. Roeping fsync of open het bestand met de O_SYNC flag zorgt ervoor dat de gebufferde gegevens veilig naar de schijf worden gespoeld, waardoor inconsistenties worden voorkomen. Zonder deze maatregelen kunnen gegevens gedeeltelijk geschreven lijken, vooral in geval van stroomstoringen. ⚡

Voor ontwikkelaars die met grote bestanden of kritieke systemen werken, is het essentieel om programma's te ontwerpen met het oog op duurzaamheid. Stel je bijvoorbeeld voor dat een reserveringssysteem voor luchtvaartmaatschappijen gegevens over de beschikbaarheid van stoelen schrijft. Als het eerste blok met de vluchtgegevens niet volledig is geschreven en het tweede blok blijft bestaan, kan dit leiden tot gegevenscorruptie of dubbele boekingen. Gebruiken fsync of fdatasync in kritieke stadia vermijdt deze valkuilen. Test het gedrag altijd onder echte faalsimulaties om de betrouwbaarheid te garanderen. 😊