面试题：C语言Linux内存映射文件同步异常处理及一致性保障

Question

在使用C语言进行Linux内存映射文件同步操作过程中，如果遇到系统崩溃、硬件故障等极端情况，如何保证文件数据的一致性？请详细说明从应用层到内核层可能涉及的处理机制和技术手段。

Answer 1

应用层

1. 使用事务机制：在进行一系列涉及内存映射文件的操作前，标记事务开始，操作完成后标记事务结束。如果在事务执行过程中出现异常，回滚操作。例如，在对内存映射区域进行多次写操作时，若其中一次失败，撤销之前已完成的写操作。
2. 日志记录：在对内存映射文件操作前，将操作信息记录到日志文件中。如记录要写入的数据、位置等。若系统崩溃后重启，根据日志恢复未完成的操作，确保数据一致性。
3. 定期同步：使用msync函数定期将内存映射区域的数据同步到磁盘。设置合理的同步间隔，例如每处理一定数量的数据或每隔一段时间调用一次msync，减少数据丢失风险。

内核层

1. 写时复制（Copy - on - Write, COW）：内核采用写时复制技术，当多个进程映射同一文件时，写操作不会立即修改磁盘数据，而是在内核中复制一份数据进行修改。在合适时机（如进程结束、显式同步等）将修改写回磁盘，避免多个进程同时写导致数据不一致。
2. 日志式文件系统：如ext3、ext4等日志式文件系统，内核在进行文件系统操作时，先将操作记录到日志中。若系统崩溃，重启后根据日志恢复未完成的操作，保证文件系统一致性。
3. 磁盘缓存管理：内核合理管理磁盘缓存，在系统崩溃或硬件故障时，尽量保证已提交到缓存的数据最终能写入磁盘。例如采用合适的缓存淘汰算法，确保重要数据不会过早被挤出缓存。