文件系统特性 COW事务

        理解 COW 事务，必须首先理解 COW 和事务这两个术语。

一、事务与COW

什么事务？

        事务(Transaction)是访问并可能更新数据库中各种数据项的一个程序执行单元(unit)。事务通常由高级数据库操纵语言或编程语言（如SQL，C++或Java）书写的用户程序的执行所引起，并用形如begin transaction和end transaction语句（或函数调用）来界定。事务由事务开始(begin transaction)和事务结束(end transaction)之间执行的全体操作组成。 

        事务作为恢复和并发控制的基本单位。事务具有一下四个特性： 原子性、一致性、隔离性、持久性。这四个属性通常称为ACID特性。

 　　原子性（atomicity）：一个事务是一个不可分割的工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。

 　　一致性（consistency）：事务必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。一致性与原子性是密切相关的。

 　　隔离性（isolation）：一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。

 　　持久性（durability）：持续性也称永久性（permanence），指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。

        这里所说的事务是通常提到的事务。

什么是 COW?

        所谓 COW，即每次写磁盘数据时，先将更新数据写入一个新的 block，当新数据写入成功之后，再更新相关的数据结构指向新 block 。

       COW 只能保证单一数据更新的原子性。但文件系统中很多操作需要更新多个不同的元数据，比如创建文件需要修改以下这些元数据：

1. 修改 extent tree，分配一段磁盘空间
2. 创建一个新的 inode，并插入 FS Tree 中
3. 增加一个目录项，插入到 FS Tree 中

       任何一个步骤出错，文件便不能创建成功，因此可以定义为一个事务。

二、实例

        下面将演示一个 COW 事务。以btrfs为例：

        A 是 FS Tree 的根节点，新的 inode 的信息将被插入节点 C 。

        首先，btrfs 将 inode 插入一个新分配的 block C ’中，并修改上层节点 B，使其指向新的 block C ’；修改 B 也将引发 COW，以此类推，引发一个连锁反应，直到最顶层的 Root A 。当整个过程结束后，新节点 A ’变成了 FS Tree 的根。但此时事务并未结束，superblock 依然指向 A 。

图1. COW transaction 1 

       接下来，修改目录项（E 节点），同样引发这一过程，从而生成新的根节点 A ’’。

图 2. COW transaction 2 

此时，inode 和目录项都已经写入磁盘，可以认为事务已经结束。 btrfs 修改 superblock，使其指向 A ’’，如下图所示：

图 3. COW transaction 3 

       COW 事务能够保证文件系统的一致性，并且系统 Reboot 之后不需要执行 fsck 。因为 superblock 要么指向新的 A ’’，要么指向 A，无论哪个都是一致的数据。

三、参考文献

       IBM DeveloperWork: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-btrfs/index.html#ibm-pcon