进程之写时拷贝技术

这几天看了一点进程的知识，也会创建一个或几个子进程了，在这里，我很想和大家分享一下，在创建子进程的时候，我们现在所说的写时拷贝技术。

我们知道，在我们fork一个进程之后，系统就会给我们创建一个子进程，此时，子进程会继承父进程几乎所有的资源，并且系统会给子进程分配一个新的物理空间，但实际上，子进程和父进程是用的同一个代码段的，在fork之后子进程只是复制了父进程的数据段，堆栈段，但即使这样，也还是会浪费系统的资源空间，之后，fork做了这样的改变，父进程在fork完之后，子进程只是有了自己的独立虚拟空间，它的物理空间其实是和父进程共享的，当系统检测到父进程和子进程的相应段发生变化的时候，也就是有写的操作的时候，系统才给子进程分配相应的物理空间。

我们也许会问，为什么有写时拷贝这样的技术，这样做的用处是什么，你可以想想，当我们fork一个程序之后，如果立马使用了exec函数族，那么如果还像以前那样，fork完之后就复制父进程的资源给子进程，但是子进程根本用不到这些代码和数据，那么系统的资源就会被浪费，unix和unix（like）是非常讲究效率的操作系统，是决不会允许这样的事情发生的，所以，写时复制可以很大的节约系统的资源。

现在，我们来比较一下普通的fork和写时拷贝技术的区别：
fork：复制父进程几乎所有的资源，代码段，数据段，堆栈段，内容相同，然后给子进程分配物理空间，子进程的代码段和父进程共享物理空间，但数据段和堆栈段都是系统给重新分配的物理空间

写时拷贝：只为新生成的子进程创建虚拟空间结构，它们复制于父进程的虚拟空间结构，但是不为这些段分配物理内存，它们共享父进程的物理空间，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。
为了方便大家的理解，我附一张图，帮助大家理解：

注：在上图中p1代表父进程，p2代表子进程，大箭头代表子进程的各个段是从父进程的哪里复制到子进程的哪里，小箭头分别表示父进程和子进程的各个段在物理空间上的关系，如图，我们可以看到子进程和父进程在父进程的物理空间上共享了代码段，这就是写时拷贝

最后，我们再谈一下vfork这个神奇的东西。
我们知道，用vfork创建的子进程和父进程是共享物理空间的，但vfork用的方法相比前两个更是可怕，因为vfork它直接省略了虚拟空间的创建，同时共享了父进程的虚拟空间和物理空间

总结：传统的fork()系统调用直接把所有的资源复制给新创建的进程。这种实现过于简单并且效率低下，因为它拷贝的数据也许并不共享，更糟的情况是，如果新进程打算立即执行一个新的映像，那么所有的拷贝都将前功尽弃。Linux的fork()使用写时拷贝（copy-on-write）页实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至免除拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程地址空间，而是让父进程和子进程共享同一个拷贝。只有在需要写入的时候，数据才会被复制，从而使各个进程拥有各自的拷贝。也就是说，资源的复制只有在需要写入的时候才进行，在此之前，只是以只读方式共享。