知乎問題： 斷電時文件系統發生了什麼？硬碟又發生了什麼？下一次開機時寫到一半的文件在系統層面還在嗎？在底層還在嗎？ 更進一步的, 文件系統如何保證事務性, 會不會存在某種極端情況導致例如最後幾個bit還沒寫完, 文件系統卻認為它成功了的情況? 回答不限任何文件系統，謝謝！ 作者「北極」的回答： 斷電 ...
知乎問題：
斷電時文件系統發生了什麼？硬碟又發生了什麼？下一次開機時寫到一半的文件在系統層面還在嗎？在底層還在嗎？
更進一步的, 文件系統如何保證事務性, 會不會存在某種極端情況導致例如最後幾個bit還沒寫完, 文件系統卻認為它成功了的情況?
回答不限任何文件系統，謝謝！
作者「北極」的回答：
斷電的一瞬間，很多事情是無法確定的：
1.你無法確定你試圖向設備驅動發送的寫指令是否成功，驅動程式本身一般都有緩存；
2. 即使寫指令正常返回，你也無法確定設備實際上是否寫成功，因為設備本身可能也有緩存。目前沒有設備能保證寫指令返回的情況下，所有數據一定成功的保存在介質上（但部分廠商能保證少量數據一定能成功寫入），對存儲設備的flush操作並非絕對可靠；
3. 哪些成功哪些失敗可能是亂序的，換句話說，如果先發送寫請求A，再發送寫請求B，並且都成功返回，掉電時請求A可能丟失，但B成功（NCQ功能）；
4. 機械式磁碟可能會出現丟失半截數據的情況（比如，一個512位元組扇區只寫入了100位元組，也就是題主說的bit級錯誤），但這種一般都會通過校驗位檢測出來。
因為有以上這麼多的限制，實際上文件系統一般沒辦法保證數據一定不丟失，甚至哪些丟失哪些能恢復也是不確定的。
一般來說，文件系統有以下的幾種策略：
1. 完全不管錯誤的事情，錯了就錯了；
2. 打標記位的方式，如果懷疑有錯，通過磁碟檢測功能恢復；
3. 在設計上保證文件系統結構上可恢復，但不保證用戶數據可恢復；
4. 能在用戶數據層面上保證數據的絕對正確。
第一種和第二種策略現在比較少見，FAT文件系統算是屬於這類；主流文件系統基本上都能保證第三種，比如NTFS之類的；第四種比較難，一般都要配合存儲驅動一起，多見於Flash介質的專屬文件系統。
保證數據不損壞，具體的方案一般有：
方案1：Copy-On-Write，寫數據的時候不在原來的位置寫，而是先讀一份，然後寫到另外一個位置，當確認寫成功時，把文件系統的指針指向新的位置。如下圖：
實際應用中，比這個情況複雜，因為Data2寫入的過程中，File1本身的一些信息（修改時間等）也發生了變化，所以CopyOnWrite產生的影響不止這一個塊，而是很多。
方案2：日誌（Journal）技術。使用日誌記錄meta-data甚至是數據塊的變化情況（NTFS就是這種策略），一旦出現掉電情況，在日誌中反推到一個正確的狀態上，就可以保證meta-data不損壞。
常見的方案就這兩種，當然還有別的更複雜的技術，可以參考這個鏈接（Comparison of file systems），但不管用什麼方案，本質上都是以犧牲性能為代價換取結構上的穩定。
最後回到題主的問題，文件系統如何保證數據的正確性？如果是指文件的數據部分，是無法保證的，因為文件系統無法確定數據到底寫沒寫進去，絕大多數文件系統只能保證自身結構是正確的，但這個正確可能是回滾之後的狀態，具體回滾多少內容，文件系統自己也不能保證。
這事說起來挺複雜的，不同文件系統，不同設備，不同介質，效果都是有區別的。
