在ext4文件系统中，覆盖一个小文件是否具有原子性？

Question

假设我们有一个大小为FILE_SIZE字节的文件，并且：

• FILE_SIZE <= min（page_size，physical_block_size）;
• 文件大小不会改变（即不执行truncate()或追加write()）；

• 仅通过完全覆盖其内容来修改文件：

  pwrite(fd,buf,FILE_SIZE,0);
  

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在ext4上是否保证：

1. 这样的写入与并发读取相对应是原子性的吗？

2. 这样的写入在系统崩溃时是事务性的吗？

   (即，在崩溃后，文件的内容完全来自某个以前的写入，我们永远不会看到部分写入或空文件)

第二点是否正确：

• 使用data=ordered？

• 使用data=journal或单个文件启用日志记录？

  （使用ioctl(fd,EXT4_IOC_SETFLAGS,EXT4_JOURNAL_DATA_FL)）

• physical_block_size<FILE_SIZE<=page_size时？

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我找到了相关问题（链接），其中包含2011年的讨论。但是：

• 我没有找到对我的问题2的明确答案。
• 我想知道，如果上述内容是真实的，它是否已经在某个地方记录下来了？

- gavv

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Ext4 在使用 data=ordered 或者 data=journal 时不是原子的。只有在使用 data=writeback 时，写操作才会发生在同一个地方。 - Irfan Latif

Answer 1

根据我的实验，它并不是原子性的。

基本上，我的实验是有两个进程，一个写进程和一个读进程。写进程在循环中向文件写入数据，读进程从该文件读取数据。

写进程：

char buf[][18] = {
    "xxxxxxxxxxxxxxxx",
    "yyyyyyyyyyyyyyyy"
};
i = 0;
while (1) {
   pwrite(fd, buf[i], 18, 0);
   i = (i + 1) % 2;
}

读取器进程

while(1) {
    pread(fd, readbuf, 18, 0);
    //check if readbuf is either buf[0] or buf[1]
}

运行这两个进程一段时间后，我发现readbuf的值要么是xxxxxxxxxxxxxxxxyy，要么是yyyyyyyyyyyyyyyyxx。因此可以明确地看出写操作不是原子性的。在我的情况下，16字节的写操作总是原子性的。

答案是：除了管道外，POSIX没有强制规定写入/读取的原子性。我看到的16字节原子性是特定于内核的，未来可能会发生变化。

有关答案的详细信息，请参见实际帖子： write(2)/read(2) atomicity between processes in linux

- Vineeth Pillai

Answer 2

我熟悉文件系统的理论知识，但不了解Ext4的实现细节。这只是我的猜测。

是的，我相信一个扇区的读写操作将是原子性的。

• 您提供的链接引用了“当前并发读/写仅在单个页面方面是原子的，但在系统调用方面不是。”
• 磁盘扇区（512字节）的写入是根据Stephen Tweedie的说法是原子的。在与他的私人邮件交流中，他承认这种保证只有硬件可以做到。
• Ext文件系统会就地覆盖数据，没有写时复制。没有分配。
• 有一些工作正在实现内联数据，非常小的文件数据可以适合于inode本身。如果您只需要存储几个字节，则可能会产生影响。

不确定一页，但在完全日志记录模式下，在提交之前发送少于一页的内容将毫无意义。

- ArekBulski

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感谢您的回答。 - gavv

顺便说一下，现在大多数磁盘使用4 KiB扇区。 - rich remer