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COW(Copy-On-Write) 机制
COW 在内存管理的使用场景
COW 机制的实现原理
COW 与缺页异常
COW 缺页场景汇总
匿名内存 COW 缺页场景
文件映射 COW 缺页场景
MINIXFS 文件系统 COW 缺页场景
EXT2 文件系统 COW 缺页场景
EXT3 文件系统 COW 缺页场景
EXT4 文件系统 COW 缺页场景
VFAT 文件系统 COW 缺页场景
MSDOS 文件系统 COW 缺页场景
FAT 文件系统 COW 缺页场景
BFS 文件系统 COW 缺页场景
SQUASHFS 文件系统 COW 缺页场景
BTRFS 文件系统 COW 缺页场景
REISERFS 文件系统 COW 缺页场景
JFS 文件系统 COW 缺页场景
XFS 文件系统 COW 缺页场景
GFS2 文件系统 COW 缺页场景
F2FS 文件系统 COW 缺页场景
HugeTLB 大页 COW 缺页场景
THP 透明大页 COW 缺页场景
COW(Copy-On-Write) 机制
在 Linux 和其他操作系统中，COW 是写时复制(Copy-On-Write)的缩写。这是一种计算机程序设计领域的优化策略，用于高效地管理系统资源，如内存。这种方法的主要思想是，只有在必须修改数据时才复制该数据，从而减少不必要的数据复制. 写时复制在多个领域都很有用，但在操作系统和文件系统中尤其常见。以下是写时复制的几个关键应用领域:
- 内存管理: 在虚拟内存系统中，当多个进程共享相同的内存页面(例如通过 fork() 系统调用创建的子进程)时，COW 策略允许这些进程共享相同的物理内存，直到其中一个进程尝试写入(修改)内存。一旦发生这种情况，操作系统会创建一个新的内存页面副本供写入操作使用，而其他进程继续使用原始未修改的页面. 这种方法减少了不必要的内存使用，因为只有在写入操作发生时才会分配新的内存.
- 文件系统: 在某些支持写时复制的文件系统(例如 Btrfs 和 ZFS)中，当文件系统数据被请求修改时，原始数据的副本会被创建，在新的副本上进行修改，而原始数据保持不变. 这不仅有助于节省空间(通过避免不必要的复制)，还提供了一种自然的快照机制，因为旧数据版本保持不变并可用于备份或恢复.
- 数据库和应用程序: 写时复制策略也在数据库管理系统和高性能应用程序中得到应用，因为它可以减少不必要的数据复制，提高性能和数据完整性. 这在多线程或多处理器环境中尤其有用，其中数据复制和一致性是关键挑战.
写时复制是一种优化技术，它通过延迟数据复制直到绝对必要来减少资源使用，提高性能，并在某些情况下增加系统的可靠性和恢复能力. 在没有写时复制(Copy-On-Write, COW) 技术之前，操作系统和应用程序通常使用更为传统、直接且资源密集的方法来处理数据复制和进程分叉(forking):
- 进程分叉(Forking): 在早期的 Unix 和 Linux 系统中，fork() 系统调用会通过复制整个进程的地址空间来创建一个新进程，即使这个新进程可能最终只需要访问其中的一小部分数据。这意味着，每次 fork() 调用，系统都会复制父进程的所有内存页面到子进程，这在资源使用和性能上是非常昂贵的，尤其是对于大型进程。这种方法会导致大量的 CPU 和内存资源使用，因为操作系统需要复制所有的页面，即使这些页面从未被修改过.
- 文件系统和数据操作: 在没有 COW 的文件系统中，修改文件或数据结构通常意味着直接覆写原始数据。这不仅增加了数据损坏的风险(如果在写入过程中出现故障)，而且还使得无法有效地保留数据的历史版本(对于备份和恢复很有用). 对于数据库和其他需要事务支持的系统，不使用 COW 可能需要更复杂的锁定机制和更多的冗余数据复制来维护一致性和数据完整性.
