重写现有文件，以便它以原子方式被新版本替换，只有一次完全写入

Question

我依稀记得曾经在某个地方读过，在某些 Unices 中，一种打开现有文件进行写入的方法，带有一个标志，要求内核使用旧版本（供其他进程访问它以进行读取），直到“新的" 版本已完全写入（fd 关闭），从那时起该文件显示为新版本。

换句话说，其他进程要么看到旧版本，要么看到新版本，从来没有一个不完整的版本。

有知识的人可以给我指点参考吗？

Answer 1

您所描述的听起来与覆盖文件的基本重命名完全一样。

当您将一个文件重命名/移动到另一个文件之上时，旧文件将被取消链接。这意味着该文件仍然存在，但它不再在文件系统树中。因此，只要旧应用程序保持打开状态，它们就可以继续访问该文件。一旦所有应用程序都关闭了旧文件，那么它实际上未分配到磁盘上。

该rename系统调用是一个原子操作。为此，您需要使用不同的名称创建一个新文件，然后调用rename将临时文件重命名为要替换的文件。由于操作是原子的，因此绝对没有丢失文件的时间段。它立即从旧文件转到新文件。
请注意，临时文件和被替换的文件必须驻留在同一个挂载点上。

Answer 2

正如帕特里克所写，通常的做法是将新版本写入一个单独的文件，完成后将新版本重命名为旧文件名，以原子方式覆盖它。第二个操作称为overwrite-by-rename。

现在，一些参考：

• ISO C 要求rename是原子的。从开放组基本规范：

  如果new参数命名的链接存在，则应将其删除并将旧的重命名为 new。在这种情况下，在整个重命名操作期间，名为new的链接应该对其他进程保持可见，并在操作开始之前引用new或old引用的文件。

• 旧版本的 Mac OS X 没有原子重命名；据报道，这是在 Lion 中修复的。

• 出于性能原因，Btrfs 显然故意违反了标准，不保证原子重命名。但是，通过重命名覆盖仍然是原子的，这就是您为此目的所需要的。

Answer 3

这让我想起Allocate On Flush。当文件系统使用此功能时，它不是直接将数据写入磁盘，而是从磁盘的可用空间计数器中​​减去要写入的数据的大小，并将数据保存在内存中，直到执行同步系统调用或内核决定刷新脏缓冲区。

在这种情况下，如果文件正在被一个进程修改，并被另一个进程打开，则后一个进程将“看到”文件的未修改（或“旧” ）版本。

当然，以上是理论上的，取决于各种因素，我想说有点不可预测 - 因为你不知道内核何时会刷新脏页。例如，在 Linux 中（您也可以阅读《理解 Linux 内核》的 15.3 节），脏页在以下条件下被写入磁盘：

• 页面缓存太满，需要更多页面，或者脏页面数量变得太大。

• 自从页面保持脏状态以来已经过去了太多时间。

• 进程请求刷新块设备或特定文件的所有挂起更改；它通过调用sync()、fsync()或fdatasync()系统调用来实现这一点。

已知此功能已在 HFS+、XFS、Reiser4、ZFS、Btrfs 和 ext4 文件系统中实现。