在非事務性文件系統中實現原子文件寫入

Question

許多常見文件系統不提供原子操作，但在特定情況下以原子方式寫入文件非常重要。我試圖想出解決這個問題的辦法。

我做出以下假設：

• 在使用文件系統支持原子操作在inode的水平（例如NTFS）。這意味着移動和刪除是原子。
• 只有程序本身訪問文件。
• 程序一次只有一個實例，它以單線程方式運行。
• 爲簡單起見，每次寫入整個文件內容（即截斷 - 寫入）。

這會導致以下問題：寫入文件時，程序可能會被中斷，文件只剩下一部分內容來寫入。

我提出以下過程：

1. 寫新的內容到一個臨時文件新
2. 移動原始文件原始到一個臨時位置備份
3. 移動新到原創
4. 刪除備份

新和備份文件是從原始文件區分（例如，它們可以被不同的前綴，或者可能是在同一個捲上一個單獨的目錄）。同時，他們的名字應直接映射到相應的原始（例如通過簡單地使用相同的文件名）。

但是，這並不會使操作原子化。該過程可以被中斷的步驟1，2，3或4：

1. 葉一個不完整的潛在的新。
2. 移動是原子的，但目標文件現在丟失。 新和備份存在和完成。
3. 移動是原子的，但有一個未使用的備份。 原始被替換爲新內容
4. 刪除是原子性的。

使用前面的假設2和3，程序必須在崩潰後重新啓動。在啓動過程中，應該執行這些恢復檢查：

• 如果新存在，但備份不，我們還是第1步後墜毀刪除新，因爲它可能是不完整的。
• 如果新存在，備份確實太少，我們墜毀步驟2後，繼續執行步驟3.
• 如果備份存在但新沒有，我們也墜毀後繼續執行步驟3與步驟4.

恢復過程本身，只使用原子操作，將簡單地繼續它中斷後停止的地方。

我相信這個想法可以確保單個程序的原子寫入。這些問題仍然存在：

• 當使用同一程序的多個實例時，恢復過程與當前正在進行的其他程序中的文件寫入存在干擾。
• 僅讀取但從不寫入的外部程序通常會得到正確的結果，但如果在請求的條目上同時存在寫入操作，則它們可能會錯誤地未找到條目。

可以通過使用策略（例如，檢查其他實例，並拒絕其他用戶的目錄訪問）來解決這些問題（以前被假設排除）。

最後，我的問題：這是否有道理，或者是否有缺陷？是否有任何問題阻止這種方法在實踐中被使用？

Answer 1

你的步驟可以進一步簡化：

1. 寫新的內容到一個臨時文件新
2. 刪除原始文件
3. 喬遷到原始

在啓動時：

1. 如果Original不存在但Ne w，過程在步驟3之前中斷，將New移動到Original。
2. 如果Original和New都存在，則在第2步之前，進程被中斷，刪除New。

我已經用它來管理配置文件，並且從未遇到過這個過程中的問題。

Answer 2

只有一件事你應該承擔，重命名文件是原子操作

所以下面的步驟將確保校正（至少在unix操作系統）

1. 寫新的內容到一個臨時文件新
2. 時重新啓動它的臨時文件重命名爲原來的名稱

這樣，如果應用程序崩潰或者使用舊的內容或新內容不需要額外的代碼。