Linux磁盘管理——日志文件系统与数据一致性

Posted 2021-01-25 kelamoyujuzhen

参考：Linux磁盘管理——Ext2文件系统

数据不一致

上图是Ext2结构图，其他FS结构类似。

一般来说，我们将 inode table 与 data block 称为数据区；至于其他例如 superblock、 block bitmap 与 inode bitmap 等称为 metadata （元数据）。

以新增一个文件为例，看看FS操作流程

1. 先确定使用者对于欲新增文件的目录是否具有 w 与 x 的权限，若有的话才能新增；
2. 根据 inode bitmap 找到没有使用的 inode 号码，并将新文件的权限/属性写入；
3. 根据 block bitmap 找到没有使用中的 block 号码，并将实际的数据写入 block 中，且更新 inode 的 block 指向数据；
4. 将刚刚写入的 inode 与 block 数据同步更新 inode bitmap 与 block bitmap，并更新 superblock 的内容。

一般正常的情况下，上述的新增动作可以顺利完成。但是如果再文件写入FS时，某种原因导致系统中断（突然停电 或者 kernel发生错误），

此时写入的数据仅有 inode table 及 data block，元数据metadata还没有来得及更新，就会发生metadata与数据区数据不一致情况。

日志文件系统

　　在早期的 Ext2 文件系统中，如果发生这个问题， 那么系统在重新开机的时候，就会借由Superblock 当中记录的 valid bit （是否有挂载） 与 filesystem state （clean 与否） 等状态来判断是否强制进行数据一致性的检查！若有需要检查时则以 e2fsck 这支程序来进行的。

　　整个检查过程十分耗时，因为要搜寻整个FS，针对 metadata 区域与实际数据存放区来进行比对。如果你的文件系统有 100GB 以上，而且里面的文件数量又多时， 那等待时间将会更长。这就催生了日志文件系统的产生。

参考：Linux File System Types

 使用日志FS，日志中会记录将某个文件写入磁盘这一作业，文件顺利写入后，再将日志中的作业删除。 如果在文件写入过程中突然断电，Linux会在启动时检查文件系统的日志并撤销回退任何没有完成的作业。 虽然在数据不一致时都进行了数据检查，但是Ext2是对整个FS进行检查，在服务器环境是这可能会花费数小时时间，而Ext3仅对出问题的文件进行一致性检查，数度上会快很多。