面试题：文件系统目录操作中的故障恢复机制

Question

假设在文件系统进行目录删除操作时发生系统崩溃，如何设计一种机制使得文件系统在重启后能够恢复到正确的状态，保证数据一致性？请从元数据管理、日志记录等角度详细说明。

Answer 1

元数据管理

1. 备份与一致性检查 在进行目录删除操作前，备份即将被删除目录的元数据，包括目录的inode信息、父目录的inode信息（因为父目录的子目录列表会改变）等。文件系统重启后，对所有元数据进行一致性检查。例如，检查目录的inode中记录的文件数量与实际包含的文件数量是否相符，目录的父指针是否指向正确的父目录等。
2. 标记删除状态 为每个目录的元数据添加一个删除标记位。当开始执行目录删除操作时，先将此标记位置为“删除中”。如果系统崩溃，重启后发现该标记位为“删除中”，则可以根据具体情况决定是继续完成删除操作还是回滚。

日志记录

1. 操作日志 设计详细的操作日志，记录每个目录删除操作的步骤。日志条目应包括操作类型（删除目录）、目录的inode编号、开始时间等信息。在执行删除操作时，按顺序将操作步骤记录到日志中，如首先记录获取目录inode信息的操作，然后记录删除目录下文件和子目录的操作等。
2. 日志恢复机制 文件系统重启后，读取日志。如果发现有未完成的目录删除操作日志，根据日志记录的操作步骤进行恢复。若日志记录显示删除操作进行到一半，比如已经删除了部分子目录但系统崩溃，那么可以从日志记录的位置继续完成删除操作，或者如果日志存在损坏等异常情况，回滚整个删除操作，将元数据恢复到操作前的状态。同时，为确保日志的可靠性，可以采用日志预写（Write - Ahead Logging，WAL）技术，即先将操作记录写入日志，再进行实际的元数据修改，这样即使系统崩溃，也能通过日志恢复到崩溃前的状态。