在非事务性文件系统中实现原子文件写入

Question

许多常见的文件系统不提供原子操作，但在某些情况下以原子方式编写文件非常重要。我试图找到解决这个问题的方法。

我做了以下假设：

• 正在使用的文件系统支持inode级别的原子操作（例如，NTFS）。这意味着 move 和 delete 是原子的。
• 只有程序本身才能访问这些文件。
• 一次只有一个程序实例，它以单线程方式运行。
• 为简单起见，每次都会写入整个文件内容（即截断写入）。

这会产生以下问题：在编写文件时，程序可能会被中断，文件只剩下要写入的部分内容。

我建议采用以下流程：

1. 将新内容写入临时文件新
2. 将原始文件原始移至临时位置备份
3. 将新移至原始
4. 删除备份

新和备份文件可与原始文件区分开（例如，它们可以采用不同的前缀，也可以位于单独的目录中在同一卷上）。同时，他们的名字应该直接映射到相应的 Original （例如，只需使用相同的文件名）。

然而，这并不会使操作成为原子。该过程可以中断步骤1,2,3或4：

1. 留下可能不完整的新。
2. 移动是原子的，但目标文件现在已丢失。 新和备份都存在并且已完成。
3. 移动是原子的，但有一个未使用的备份。 原始已被新内容
取代
4. 删除是原子的。

使用之前的假设2和3，程序必须在崩溃后重新启动。在启动过程中，它应该执行这些恢复检查：

• 如果新存在，但备份没有，我们在步骤1中或之后崩溃。删除新，因为它可能不完整。
• 如果新存在且备份也存在，我们在第2步后崩溃。继续执行第3步。
• 如果备份存在，但新也不存在，我们在步骤3之后崩溃了。继续执行步骤4.

恢复过程本身只使用原子操作，只会在中断后从中断处继续。

我相信这个想法确保了单个程序的原子写入。这些问题仍然存在：

• 当使用同一程序的多个实例时，恢复过程会干扰其他程序中当前正在进行的文件写入。
• 仅读取但从不写入的外部程序通常会得到正确的结果，但如果同时对请求的条目进行写入操作，则可能错误地找不到条目。

这些问题（以前的假设排除在外）可以通过使用策略解决（例如，检查其他实例，并拒绝对其他用户的目录访问）。

最后，我的问题：这是否有意义，或者是否存在缺陷？是否有任何问题妨碍这种方法在实践中使用？

Answer 1

您应该假设只有一件事，重命名文件是原子操作

因此，以下步骤将确保更正（至少在像OS这样的unix上）

1. 将新内容写入临时文件新
2. 将临时文件重命名为原始名称

这样，如果应用程序在重新启动时崩溃，则无需额外代码即可获取旧内容或新内容。

Answer 2

您的步骤可以进一步简化：

1. 将新内容写入临时文件新
2. 删除原始文件
3. 将新动作移至原始

启动时：

1. 如果Original不存在但New确实存在，则在步骤3之前中断该过程，将New移至Original。
2. 如果同时存在Original和New，则在步骤2之前中断该过程，删除New。

我已经在管理配置文件时使用过它，并且从未遇到过这个过程中的问题。