fork创建出的子进程,与父进程共享内存空间。也就是说,如果子进程不对内存空间进行写入操作的话,内存空间中的数据并不会复制给子进程,这样创建子进程的速度就很快了!(不用复制,直接引用父进程的物理空间)。
并且如果在fork函数返回之后,子进程第一时间exec一个新的可执行映像,那么也不会浪费时间和内存空间了。
另外的表达方式:
在fork之后exec之前两个进程用的是相同的物理空间(内存区),子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间,也就是说,两者的虚拟空间不同,但其对应的物理空间是同一个。
当父子进程中有更改相应段的行为发生时,再为子进程相应的段分配物理空间。
如果不是因为exec,内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间(至此两者有各自的进程空间,互不影响),而代码段继续共享父进程的物理空间(两者的代码完全相同)。
而如果是因为exec,由于两者执行的代码不同,子进程的代码段也会分配单独的物理空间。
Copy On Write技术实现原理:
fork()之后,kernel把父进程中所有的内存页的权限都设为read-only,然后子进程的地址空间指向父进程。当父子进程都只读内存时,相安无事。当其中某个进程写内存时,CPU硬件检测到内存页是read-only的,于是触发页异常中断(page-fault),陷入kernel的一个中断例程。中断例程中,kernel就会把触发的异常的页复制一份,于是父子进程各自持有独立的一份。
Copy On Write技术好处是什么?
COW技术可减少分配和复制大量资源时带来的瞬间延时。
COW技术可减少不必要的资源分配。比如fork进程时,并不是所有的页面都需要复制,父进程的代码段和只读数据段都不被允许修改,所以无需复制。
Copy On Write技术缺点是什么?
如果在fork()之后,父子进程都还需要继续进行写操作,那么会产生大量的分页错误(页异常中断page-fault),这样就得不偿失。
几句话总结Linux的Copy On Write技术:
fork出的子进程共享父进程的物理空间,当父子进程有内存写入操作时,read-only内存页发生中断,将触发的异常的内存页复制一份(其余的页还是共享父进程的)。
fork出的子进程功能实现和父进程是一样的。如果有需要,我们会用exec()把当前进程映像替换成新的进程文件,完成自己想要实现的功能。
参考资料:
Linux进程基础:
Linux写时拷贝技术(copy-on-write)
当你在 Linux 上启动一个进程时会发生什么?https://zhuanlan.zhihu.com/p/33159508
Linux fork()所谓的写时复制(COW)到最后还是要先复制再写吗?https://www.zhihu.com/question/265400460
写时拷贝(copy-on-write) COW技术https://blog.csdn.net/u012333003/article/details/25117457
Copy-On-Write 写时复制原理https://blog.csdn.net/ppppppppp2009/article/details/22750939
二、解释一下Redis的COW基于上面的基础,我们应该已经了解COW这么一项技术了。
下面我来说一下我对《Redis设计与实现》那段话的理解:
Redis在持久化时,如果是采用BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF的方式,那Redis会fork出一个子进程来读取数据,从而写到磁盘中。
总体来看,Redis还是读操作比较多。如果子进程存在期间,发生了大量的写操作,那可能就会出现很多的分页错误(页异常中断page-fault),这样就得耗费不少性能在复制上。
而在rehash阶段上,写操作是无法避免的。所以Redis在fork出子进程之后,将负载因子阈值提高,尽量减少写操作,避免不必要的内存写入操作,最大限度地节约内存。
参考资料:
fork()后copy on write的一些特性:https://zhoujianshi.github.io/articles/2017/fork()%E5%90%8Ecopy%20on%20write%E7%9A%84%E4%B8%80%E4%BA%9B%E7%89%B9%E6%80%A7/index.html
写时复制:https://miao1007.github.io/gitbook/java/juc/cow/
三、文件系统的COW下面来看看文件系统中的COW是啥意思: