面试题：文件系统中文件系统日志在崩溃恢复时的基本工作流程是什么

Question

请阐述文件系统日志在操作系统遭遇崩溃后，用于恢复文件系统一致性的基本步骤和原理。

Answer 1

基本原理

文件系统日志记录了文件系统的关键操作，如元数据修改、数据块分配等。当操作系统崩溃后，利用日志可以重演或回滚这些操作，确保文件系统恢复到崩溃前的一致性状态。其核心基于事务的概念，将一组相关操作视为一个原子事务，要么全部完成，要么全部取消。

基本步骤

1. 日志扫描：操作系统重启后，文件系统驱动程序首先定位并读取日志。从日志头部开始扫描，识别其中记录的事务。
2. 重做阶段：
   • 对于已经提交的事务，系统会按照日志记录，重新执行这些事务中的操作。例如，如果日志记录了某个文件元数据的修改操作，系统会再次执行该修改，将文件元数据恢复到崩溃前已提交的状态。
   • 此过程确保已完成的事务对文件系统的影响被正确应用，即使这些操作在崩溃时部分完成。
3. 回滚阶段：
   • 对于未提交的事务，系统会根据日志记录撤销这些事务中已经执行的操作。比如，若某个事务在分配数据块过程中系统崩溃，回滚操作会释放这些已分配但未完全使用的数据块，防止文件系统出现不一致，如数据块被错误标记为已分配但实际未完整写入数据的情况。
4. 日志清理：完成重做和回滚操作后，文件系统已恢复到一致性状态。此时，日志中已处理的记录可以被清理，为新的事务记录腾出空间。