写时复制
写时复制（Copy-On-Write，简称COW）是一种内存管理技术，用于优化程序性能，避免不必要的内存拷贝。
基本原理
写时复制，顾名思义，是一种“延迟复制”的策略。其核心思想是：在多个调用者需要相同资源时，并不立即为每个调用者分配独立的副本，而是让它们共享同一资源。只有在某个调用者试图修改资源时，系统才会为其创建一个私有副本。这种方法显著减少了不必要的复制操作，节约了内存资源，并提高了系统的响应速度。
共享与复制
在写时复制机制中，资源的共享是默认行为。这意味着，多个调用者最初引用的是同一块资源。当调用者执行读操作时，它们可以透明地访问共享资源。然而，一旦有调用者试图执行写操作，系统就会介入，触发复制过程。
触发复制的步骤
- 引用共享：多个调用者引用同一资源。
- 写操作检测：操作系统监控所有对共享资源的写操作。
- 触发复制：
- 挂起写操作。
- 为写操作者分配新的资源。
- 将原资源的内容复制到新资源。
- 更新写操作者的引用，使其指向新资源。
- 恢复并完成写操作。
写时复制在操作系统中的应用
写时复制技术在操作系统中有着广泛的应用，以下是一些典型的场景：
进程创建与fork()系统调用
在Unix和Linux操作系统中，fork()系统调用用于创建新进程。传统上，fork()会复制父进程的整个地址空间给子进程，这是一个开销很大的操作。然而，引入写时复制后，fork()调用变得更加高效：
- 共享内存页：子进程与父进程共享相同的内存页。
- 写时复制：只有当父进程或子进程尝试写入内存页时，操作系统才会复制该页。
这种方法大大减少了fork()调用后的内存占用和CPU开销，因为很多子进程在创建后很快就会执行exec()调用，替换自己的地址空间。
内存页共享
除了在进程创建时使用，写时复制还用于多个进程间的内存页共享。例如，当多个进程加载相同的可执行文件或共享库时，它们可以共享这些文件的内存页。只有在某个进程尝试修改共享页时，才会触发写时复制。
写时复制的优点与缺点
优点
- 节省内存：通过共享资源，减少了内存的占用。
- 提高效率：减少了数据复制的次数，特别是在进程创建和内存页共享的场景中。
缺点
- 复杂性：实现写时复制需要操作系统进行复杂的资源管理和监控。
- 写操作开销：首次写操作时，需要复制资源并更新引用，可能会引入额外的开销。