使用 clang++ 的 std::filesystem::remove_all 中的潜在错误

Question

不要在家里尝试这个

std::filesystem::remove_all 有一个奇怪的问题。 我编写了一个程序，将N 文件写入单个目录中的磁盘，然后删除所有文件（这是有充分理由的）。 但是，当我使用 std::filesystem::remove_all 时，会出现如下错误：

filesystem error: cannot remove all: Structure needs cleaning [./tmp_storage] [./tmp_storage/2197772]

并且文件夹没有被删除（显然调用失败）并且调用ls之后显示文件系统“损坏”：

$ ls tmp_storage/
ls: cannot access 'tmp_storage/2197772': Structure needs cleaning
ls: cannot access 'tmp_storage/5493417': Structure needs cleaning
...

我必须修复文件系统。完整的程序如下所示：

#include <fmt/core.h>
#include <CLI/CLI.hpp>

#include <filesystem>
#include <fstream>
#include <string>
#include <exception>

int main(int argc, char** argv)
{
  size_t num_files{64000000};

  CLI::App app("Writes N number of files to dir in file system to check the maximum number of files in a directory");
  app.add_option("-c,--count", num_files, fmt::format("How many files generate [Default: {}]", num_files));
  CLI11_PARSE(app, argc, argv);

  std::string base_path = "./tmp_storage";

  if (!std::filesystem::exists(base_path))
  {
    std::filesystem::create_directory(base_path); 
  }

  size_t i;

  for (i = 1; i <= num_files; ++i)
  {
    std::string file_path = fmt::format("{}/{}", base_path, std::to_string(i));
    std::ofstream out(file_path, std::ios::binary);

    if (out.fail())
    {
      break; 
    }

    try
    {
      out << std::to_string(i); 
    }
    catch(const std::exception& e)
    {
      fmt::print("{}\n", e.what());
    }
  }

  fmt::print("Wrote {} out of {} files\n", i, num_files);

  try
  {
    std::filesystem::remove_all(base_path);
  }
  catch(const std::exception& e)
  {
    fmt::print("{}\n", e.what());
  }
  
  fmt::print("Done\n");
  
  return 0; 
}

使用以下 Makefile 编译：

CC = clang++
CXX_FLAGS = -std=c++17
LINK_FLAGS = -lfmt

all:
    $(CC) $(CXX_FLAGS) main.cpp -o main $(LINK_FLAGS)

我已经能够在 Fedora Server 33/34 和 Ubuntu 上复制行为，Fedora 使用 XFS，Ubuntu 使用 EXT4 和 XFS。 这是std::filesystem::remov_all 中的错误还是我做错了什么？

对于 Fedora，内核版本是：Linux 5.12.12-300.fc34.x86_64 x86_64 带有 clang 版本

clang version 12.0.0 (Fedora 12.0.0-2.fc34)
Target: x86_64-unknown-linux-gnu
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/bin

Answer 1

我尝试使用这个修改后的程序在 Fedora 34 上重现这个（删除 fmt 和 cli11 依赖项）：

#include <filesystem>
#include <fstream>
#include <string>
#include <exception>

int main(int argc, char** argv)
{
  size_t num_files{64000000};

  if (argc > 1)
    num_files = std::stol(argv[1]);

  std::string base_path = "./tmp_storage";

  try
  {
    if (!std::filesystem::exists(base_path))
    {
      std::filesystem::create_directory(base_path); 
    }

    size_t i;

    for (i = 1; i <= num_files; ++i)
    {
      auto si = std::to_string(i);
      std::string file_path = base_path + '/' + si;
      std::ofstream out(file_path, std::ios::binary);

      if (out.fail())
        throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "ofstream failed: " + file_path);

      try
      {
        out << si;
      }
      catch(const std::exception& e)
      {
        std::puts(e.what());
      }
    }

    std::printf("Wrote %zu out of %zu files\n", i - 1, num_files);

    std::filesystem::remove_all(base_path);
  }
  catch(const std::exception& e)
  {
    std::puts(e.what());
  }
  
  std::puts("Done");
  
  return 0; 
}

我无法重现 F34 中的错误，使用 ext4 或 xfs 或使用默认安装选项 btrfs。我也无法在使用 xfs、clang 13.0.0 和 libstdc++-11.2.1 以及内核 5.14.0 的另一台服务器上重现它。这意味着我无法调试我的 std::filesystem 实现损坏文件系统的位置，也无法向内核团队报告。

我不确定代码是否遇到内核错误，或者您的硬件是否有问题。您是否在文件系统损坏时检查了系统日志所说的内容？内核哪里出错了？

编辑：另外，你的磁盘使用 LVM 吗？我认为我所有的测试都没有使用 LVM。

Answer 2

注意：这不是解决底层和操作系统问题的方法，而是在 C++ 中避免它的方法。

我们需要对原始代码进行的更改是“最小的”。 对 try 块进行所有更改

 try
  {
    std::filesystem::remove_all(base_path);
  }
  catch(const std::exception& e)
  {
    fmt::print("{}\n", e.what());
  }

并用顺序删除替换：std::filesystem::remove_all(base_path);。

for (auto& path : std::filesystem::directory_iterator(base_path))
{
    std::filesystem::remove(path);
}

把原来的代码改成

#include <fmt/core.h>
#include <CLI/CLI.hpp>

#include <filesystem>
#include <fstream>
#include <string>
#include <exception>

int main(int argc, char** argv)
{
    size_t num_files{64000000};
    
    CLI::App app("Writes N number of files to dir in file system to check the maximum number of files in a directory");
    app.add_option("-c,--count", num_files, fmt::format("How many files generate [Default: {}]", num_files));
    CLI11_PARSE(app, argc, argv);

    std::string base_path = "./tmp_storage";

    if (!std::filesystem::exists(base_path))
    {
        std::filesystem::create_directory(base_path); 
    }

    size_t i;

    for (i = 1; i <= num_files; ++i)
    {
        std::string file_path = fmt::format("{}/{}", base_path, std::to_string(i));
        std::ofstream out(file_path, std::ios::binary);

        if (out.fail())
        {
            break; 
        }

        try
        {
            out << std::to_string(i); 
        }
        catch(const std::exception& e)
        {
            fmt::print("{}\n", e.what());
        }
    }

    fmt::print("Wrote {} out of {} files\n", i, num_files);

    try
    {
        for (auto& path : std::filesystem::directory_iterator(base_path))
        {
            std::filesystem::remove(path); 
        }
    }
    catch(const std::exception& e)
    {
        fmt::print("{}\n", e.what());
    }
  
    fmt::print("Done\n");
  
    return 0; 
}