Linux內核學習—寫時複製(COW)技術
寫時複製技術(copy-on-write)
傳統的Unix系統以一種比較統一的方式對待所有的進程：子進程複製父進程所有的資源。這種方法有一些很明顯弊端：
- 將使用大量內存
- 複製操作耗費大量時間
- 通常情況下子進程不需要讀或者寫父進程擁有的所有資源，故該方法效率也是非常低的(複製的大量資源都沒有使用)
並且，如果應用程序在進程複製後使用exec立即加載新程序，這意味着之前的複製基本是完全多餘的，因爲進程地址空間需要重新初始化，之前複製的數據不再需要，這導致之前做的都是無用功。
因此，現代Unix內核採用了寫時複製(copy-on-write)機制避免fork時將父進程所有資源都複製到子進程。
該技術的核心思想是：只有在不得不復制內容時纔去複製內容(tips:感覺操作系統中很多技術都是用到了該思想，如果一個操作的消耗比較大，那麼就應該儘可能晚一點少一點該操作。例如：識別dirty bit的 extended clock頁替換算法，還有很多操作系統在換頁機制上均採用的是lazy換頁，也就是不得不換頁才換)
具體操作：當fork時只複製頁表，因此fork之後父子進程的地址空間指向的是相同的物理內存頁。如果父子進程都不需要修改彼此的頁(也就是隻讀)，則共享即可滿足，因此將對應的頁都標記爲只讀訪問。只有兩者中有一個進程要進行修改相應的物理頁(也就是寫操作)，則會引發頁錯誤。內核檢測該頁錯誤是否是因爲對只讀頁面進行寫操作引發的，如果是的話則處理該異常：拷貝該頁面的內容到一個新的物理頁，並設置其爲可寫，將新的物理頁分配給正在寫的進程，即修改該進程的頁表中對應的這一頁，重新執行寫操作。
當一個用戶父進程創建自己的子進程時，父進程會把其申請的用戶空間設置爲只讀，子進程可共享父進程佔用的用戶內存空間中的頁面（這就是一個共享的資源）。當其中任何一個進程修改此用戶內存空間中的某頁面時，內核會通過page fault異常獲知該操作，並完成拷貝內存頁面，使得兩個進程都有各自的內存頁面。這樣一個進程所做的修改不會被另外一個進程可見了。
通過COW機制，使得內核可以儘可能地延遲內存頁的訪問，最重要的是，由於很多情況下並不需要寫操作或只需要很少量的寫操作，因此該機制將節省大量時間，提高效率。
實際上，Linux實現該機制時，對每個頁描述符增添一個跟蹤共享相應頁框的進程數目的字段_count。
主要思路：首先判斷缺頁異常是否是因爲訪問內存中一個現有的頁引起的，然後獲取該頁相應的頁框描述符，只要判斷該複製是否是有必要的(如果只有一個進程擁有這個頁，就不需要複製，只需要將改頁改爲可寫即可。如果有多個進程訪問該頁，則需要複製)，如果需要複製則拷貝該頁後修改要寫進程的頁表項。