Golang os.Rename invalid cross-device link的原因

背景

在执行go程序的时候，其中有一步是把/tmp目录下的一个文件移动到用户目录下，使用go的os.Rename函数来实现。经测试在mac上是可以正常跑的，但是在linux机器上却报错了。报错如下：

go run ./script/download-go go1.22.3
download from https://go.dev/dl/go1.22.3.linux-amd64.tar.gz% Total    % Received % Xferd  Average Speed   Time    Time     Time  CurrentDload  Upload   Total   Spent    Left  Speed
100    75  100    75    0     0     53      0  0:00:01  0:00:01 --:--:--    53
100 65.7M  100 65.7M    0     0   160k      0  0:07:00  0:07:00 --:--:--  419k
rename /tmp/go2503368948/go go-release/go1.22.3: invalid cross-device link
exit status 1

错误信息 invalid cross-device link 表明 /tmp 目录和 go-release 目录是在不同的文件系统中。也就是说不能把一个文件从一个文件系统移动（或重命名）到另一个文件系统。
os.Rename算是比较常用的文件操作函数，博主一直把os.Rename当作mv在使用，也一直没有遇到过这个问题，还是挺奇怪的，值得探索一下出错的原因。

运行环境

操作系统: linux_x86_64
CPU架构: amd_64
Golang: 1.22.2

文件系统对比

linux下的文件系统

dfFilesystem                                       Size  Used Avail Use% Mounted on
dev                                              7.6G     0  7.6G   0% /dev
run                                              7.7G  3.2M  7.7G   1% /run
/dev/nvme0n1p2                                   916G  299G  571G  35% /
tmpfs                                            7.7G   50M  7.6G   1% /dev/shm
tmpfs                                            7.7G   24K  7.7G   1% /tmp

mac下的文件系统

df
Filesystem     512-blocks      Used Available Capacity iused      ifree %iused  Mounted on
/dev/disk3s3s1  965595304  28934208 217744920    12%  387452 1088724600    0%   /
devfs                 400       400         0   100%     692          0  100%   /dev
/dev/disk3s6    965595304        40 217744920     1%       0 1088724600    0%   /System/Volumes/VM
/dev/disk3s4    965595304  22879080 217744920    10%    1372 1088724600    0%   /System/Volumes/Preboot

可以看到mac系统上，/根目录都对应同一个挂载点和同一个文件系统。而在我的linux开发机上/tmp是另一个挂载点和文件系统，根据报错信息来看，也是符合预期的。

linux下的mv指令

测试从/tmp目录移动文件到用户目录下，结果是可行的，并没有报错。

golang的os.Rename源码

直接去源码里面找代码看下，源码目录为GOROOT目录下面的src目录。因为没有配置vim环境，所以只能通过rg的方式来找了。

os.Rename

rg "Rename"// file_unix.go
return syscall.Rename(oldname, newname)

syscall.Rename

// cd syscall
// rg "Raname"// syscall_linux.go文件unc Rename(oldpath string, newpath string) (err error) {return Renameat(_AT_FDCWD, oldpath, _AT_FDCWD, newpath)

syscall.Renameat

// zsyscall_linux_amd64.go 文件func Renameat(olddirfd int, oldpath string, newdirfd int, newpath string) (err error) {var _p0 *byte_p0, err = BytePtrFromString(oldpath)if err != nil {return}var _p1 *byte_p1, err = BytePtrFromString(newpath)if err != nil {return}// 调用的是SYS_RENAMEAT这个系统调用_, _, e1 := Syscall6(SYS_RENAMEAT, uintptr(olddirfd), uintptr(unsafe.Pointer(_p0)), uintptr(newdirfd), uintptr(unsafe.Pointer(_p1)), 0, 0)if e1 != 0 {err = errnoErr(e1)}return}// zsysnum_linux_amd64.go// 对应的系统调用编号是264SYS_RENAMEAT               = 264

SYS_RENAMEAT是什么

对于linux操作系统，每个系统调用在系统调用表中都有一个唯一的编号。这个编号就是系统调用的标识，当用户的程序想要进行系统调用时，会使用这个编号对系统调用进行引用。用户的程序只能通过这个编号与系统调用交互，及进行相关的读、写、打开文件或者申请内存等操作。
而这里的SYS_RENAMEAT对应的就是系统调用的编号，可以搜索: **Linux System Call Table **来查看不同CPU架构对应的系统调用编号。

参考：https://www.chromium.org/chromium-os/developer-library/reference/linux-constants/syscalls/
x86_64

查看系统调用函数文档

man page文档

什么是man page

简单来说就是linux系统的API文档介绍，主要介绍系统提供的命令含义及用法。但是系统文档相对来说还是比较长的，因此著名的开源项目TLDR(https://github.com/tldr-pages/tldr) 也是由此而来，旨在简化man page带来的长文本负担。
TL;DR 代表“太长；没有读”。它起源于互联网俚语，用于表示长文本（或其中的一部分）因太长而被跳过。

man page的用法

用法介绍网上一大堆，这里只聚焦我们的问题，怎么查看系统调用函数的介绍。首先man page对这些系统函数是做了分区的，如下：

user commands

就是常用的命令行函数都在这里，例如ls。左上角的LS(1)就代表在分区1

// man 1 ls
LS(1)                                                                    User Commands                                                                    LS(1)NAMEls - list directory contentsSYNOPSISls [OPTION]... [FILE]...DESCRIPTIONList information about the FILEs (the current directory by default).  Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.Mandatory arguments to long options are mandatory for short options too.-a, --alldo not ignore entries starting with .-A, --almost-alldo not list implied . and ..

system calls

系统调用函数，这里拿renameat举例子，左上角的rename(2)代表的就是系统调用函数。

man 2 renamertrename(2)                                                             System Calls Manual                                                             rename(2)NAMErename, renameat, renameat2 - change the name or location of a fileLIBRARYStandard C library (libc, -lc)SYNOPSIS#include <stdio.h>int rename(const char *oldpath, const char *newpath);#include <fcntl.h>           /* Definition of AT_* constants */#include <stdio.h>int renameat(int olddirfd, const char *oldpath,int newdirfd, const char *newpath);int renameat2(int olddirfd, const char *oldpath,int newdirfd, const char *newpath, unsigned int flags);Feature Test Macro Requirements for glibc (see feature_test_macros(7)):renameat():Since glibc 2.10:_POSIX_C_SOURCE >= 200809LBefore glibc 2.10:_ATFILE_SOURCErenameat2():_GNU_SOURCE

renameat不支持跨挂载点调用

EXDEV  oldpath and newpath are not on the same mounted filesystem.  (Linux permits a filesystem to be mounted at multiple points, but rename() does  notwork across different mount points, even if the same filesystem is mounted on both.)

这里已经明确说了，不允许跨挂载点的调用，哪怕是同一个文件系统也不行。

strace确定程序调用了renameat

// 只显示 renameat 的调用情况
strace -f -e trace=renameat go run ./script/download-go go1.22.3// 结果
[pid 92270] renameat(AT_FDCWD, "/tmp/go734096947/go", AT_FDCWD, 
"go-release/go1.22.3") = -1 EXDEV (Invalid cross-device link)

结合上面的系统调用函数分析，已经明确了根因。

怎么避免错误

参考：
golang社区关于os.Rename的讨论
开源社区的方案
csdn上的避免方案
目前os包没有直接提供类似于mv的函数，常规解决方案就是先copy，再rename，这样就能避免跨挂载点工作导致的错误。

总结

本来只是个小问题，知道报错的含义之后，很容易就会想到避免错误的方案。但是寻根问底也是工程师的天性，知其然更要知其所以然。
哀吾生之须臾，羡知识之无穷。

end