如果在移动文件时中断，文件系统会变得不一致吗？

Question

我在同一个分区 (EXT2) 上有两个文件夹 如果我mv folder1/file folder2和某些中断发生（例如电源故障），文件系统最终会不一致吗？

mv操作不是原子的吗？

更新： 到目前为止，在 IRC 上我得到了以下观点：

1. 它是原子的，因此不会发生不一致
2. 首先您复制新目录中的目录条目，然后擦除前一个目录中的条目，因此您可能会出现两次引用文件的不一致，但引用计数为 1
3. 它首先擦除指针，然后复制指针，因此不一致之处在于文件的引用为 0

有人可以澄清吗？

Answer 1

重命名操作在任何文件系统上都非常快，因此不太可能被中断，但在经典文件系统上它肯定可以被中断 - 如果它首先创建目标链接，它可能会在一个文件上留下两个链接 - 这是合法的，但该文件认为它只有一个，如果以后删除一个，这可能会导致问题。另一方面，如果它先删除源链接，则文件可能会丢失。运行 fsck 通常会检测并纠正任何一种情况，但如果文件丢失，它将被放置在具有任意名称的“lost+found”目录中，而不是在所需的位置 - 如果它有两个链接，链接计数将简单地被更新，所以如果文件系统支持，文件将存在于两个位置。

如果您需要一个文件系统在断电时保持稳健，您应该使用日志文件系统，例如 NTFS、EXT3 或 XFS。大多数现代系统默认使用日志文件系统，但您应该知道，如果将 FAT 用于外部驱动器，则它不是日志文件系统。

日志文件系统使用“双重条目”系统 - 它将打算移动它的事实写入日志文件，然后执行移动。在启动时检查文件系统时，如果它被中断，它会注意到移动未完成并重做。

有两种类型的日志文件系统 - 元数据日志和完整日志。元数据日志意味着它不会跟踪日志系统中文件内容的更改（因此，如果您正在写入文件，最终可能会丢失内容），但它仍会跟踪重要的文件系统信息，例如目录内容、文件属性等。

当人们谈论重命名操作是原子的时，他们的意思是系统上的另一个进程无法在转换过程中观察到它，并且不能通过例如mv用^C. 写入每个目录的物理过程，其存储空间可能位于磁盘上的不同位置，在硬件级别不可能是真正的原子操作。

为了完整起见，我会注意到除了在目标目录中创建新链接并在旧目录中删除它之外，还有一些与重命名相关的附带 I/O 操作 - 更新两个目录的 mtime，可能会扩展目标目录的分配大小，..如果文件是目录，则更改父目录的链接和链接计数。另外，我不确定文件本身的时间是否受到影响。

Answer 2

首先，让我们消除一些神话。

它是原子的，因此不会发生不一致

在同一个文件系统（即rename）系统调用中移动文件对于软件环境来说是原子的。原子性意味着任何查找文件的进程将在其旧位置或新位置看到它；没有进程将能够观察到文件具有不同的链接数，或者文件存在于目标目录中后存在于源目录中，或者文件在源目录中不存在后又不存在于目标目录中目录。

但是，如果系统由于错误、磁盘错误或断电而崩溃，则无法保证文件系统保持一致状态，更不用说移动没有完成一半了。Linux 通常不保证硬件事件的原子性。

首先您复制新目录中的目录条目，然后擦除前一个目录中的条目，因此您可能会出现两次引用文件的不一致，但引用计数为 1

这是指一种特定的实现技术。还有其他人。

碰巧Linux上的ext2（从内核 3.16 开始）使用了这种特殊技术。但是，这并不意味着磁盘内容经过序列 [旧位置] ？[两个地点] ? [新位置]，因为这两个操作（添加新条目，删除旧条目）在硬件级别也不是原子的：其中之一可能会被中断，从而使文件系统处于不一致的状态。（希望 fsck 能够修复它。）此外，块层可以重新排序写入，因此前半部分可以在崩溃之前提交到磁盘，而后半部分不会被执行。

只要系统没有崩溃（见上文），引用计数就永远不会被观察到与 1 不同，但这种保证不会扩展到系统崩溃。

它首先擦除指针，然后复制指针，因此不一致之处在于文件的引用为 0

再一次，这指的是一种特定的实现技术。如果系统没有崩溃，则无法观察到悬空文件，但这可能是系统崩溃的结果，至少在某些配置中是这样。

根据Alexander Larsson 的一篇博客文章，ext2 不能保证系统崩溃时的一致性，但 ext3 在该data=ordered模式下可以。（请注意，这篇博文不是关于rename它本身，而是关于写入文件和调用rename该文件的组合。）

ext2、ext3 和 ext4 文件系统的主要作者 Theodore Ts'o就同​​一问题撰写了一篇博文。这篇博文讨论了原子性（仅与软件环境相关）和持久性（即与崩溃相关的原子性加上承诺保证，即知道操作已执行）。不幸的是，我无法找到仅与崩溃有关的原子性信息。但是，为 ext4 提供的持久性保证要求它rename是原子的。ext4 的内核文档指出，带有auto_da_alloc选项的ext4 （现代内核中的默认设置）以及 ext4 为write后跟一个rename，这意味着rename对于硬件崩溃来说是原子的。

为增加了Btrfs，一个rename覆写现有文件被保证是原子相对于崩溃，但一个rename不覆盖文件可导致既不文件或现有这两个文件。

总而言之，您的问题的答案不仅是在 ext2 上移动文件不是原子性的，而且甚至不能保证使文件保持一致状态（尽管fsck无法修复的故障很少见）-几乎什么都不是，这就是为什么发明了更好的文件系统。Ext3、ext4 和 btrfs 确实提供了有限的保证。