断电时写到一半怎么办
复习
- 文件分配与空闲空间：数据块怎样找到、占用和回收
- 缓冲与页面缓存：内存怎样减少缓慢的设备访问
- 共享内存与内存映射：把文件访问与共享页面统一起来
TL;DR
- 一次修改往往涉及多处磁盘结构，不可能一瞬间全部完成
- 如果崩溃发生在“改了一半”时，磁盘上的结构就可能不一致
- 这个问题叫崩溃一致性（crash consistency）
- 关键不只是“写没写”，还有“按什么顺序写”
正文
前面一直默认：写下去，就写好了。可现实里有个躲不开的意外——断电、崩溃，可能正好发生在写到一半的那一刻。
改一处，其实牵动多处
别以为“写文件”只是写一段数据那么简单。考虑在文件里追加一点内容，背后至少要做几件事：
- 找空闲块，把新数据写进去
- 更新 inode：文件变大了、数据块变多了
- 更新空闲空间的管理信息：这些块不再空闲
这几步分散在磁盘的不同位置，磁盘一次只能写一处，没法“唰”地一下全部同时完成。于是就有了一个危险的时间窗口。
崩溃的时机
假设在第 1 步之后、第 2 步之前断电了：
- 数据块已经写进去了，可 inode 还不知道
- 结果：这些块既没被任何文件引用，也没被标记为空闲——凭空消失了一块空间
再假设在第 2 步之后、第 3 步之前断电：
- inode 说“我用了这些块”，可空闲管理信息里这些块还标着“空闲”
- 结果：同一块可能被分配两次，两个文件的内容互相覆盖
正确顺序：写数据 → 更新 inode → 更新空闲信息
↑ 崩溃点前后不一致 ↑
这些“半成品”状态，就叫不一致。文件系统一旦不一致，轻则丢文件、浪费空间，重则全面错乱。
光“最终写完”还不够
你可能会想：那等它慢慢写完不就行了？
不行。因为崩溃可能恰好卡在中间，而恢复后系统只看得到“当前磁盘上的样子”，无从知道那次修改原本打算做到哪一步。问题不在于能不能写，而在于写到一半被打断后，磁盘上留下的是一团自相矛盾的状态。
那能不能想办法，让“要么全做完、要么像没做过”？这正是下一章的主题——用日志来保证崩溃一致性。
思考题
一个修改牵涉好几处磁盘结构时，为什么“调整写入顺序”有时能减轻不一致？如果崩溃发生在最坏的位置，光靠顺序能彻底解决吗？
小结
知识点
- 一次修改涉及多处磁盘结构，无法原子完成
- 崩溃可能发生在写到一半，导致结构不一致
- 可能出现空间凭空消失、块被重复分配等后果
- 关键不仅是写没写，还有写入顺序
参考资料
- Wikipedia(zh)：崩溃一致性：crash consistency
- Wikipedia(zh)：文件系统：一致性
思考题答案（仅供参考）
调整顺序，可以把“最危险的交错”尽量排到不容易发生的位置。比如先写数据、再更新 inode、最后更新空闲信息，能让崩溃后出现的多是“浪费一点空间”这种较轻的后果，而不是“块被重复分配”这种严重错误。但光靠顺序不能彻底解决：无论怎么排，总有一个“改了一部分”的瞬间可被崩溃打断。要做到“要么全做、要么像没做”，还需要日志或写时复制这类更高层的机制——下一章就讲这个。
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设计师 | 南国微雪