linux 写时复制机制原理

　　在linux系统中，调用fork系统调用创建子进程时，并不会把父进程所有占用的内存复制一份，而是与父进程公用相同的内存页，而当子进程或者父进程对内存页进行修改时才会进行复制----这就是著名的 写时复制 机制

　　虚拟内存与物理内存

　　进程的内存可以分为：虚拟内存 与 物理内存

• 　　物理内存：就是电脑安装的内存条，如果电脑安装了2GB的内存条，那么系统就用于0-2GB的物理内存空间。
• 　　虚拟内存：虚拟内存是使用软件虚拟的，在32位操作系统中，每个进程都独占4GB的虚拟内存空间。

 　应用程序使用的虚拟内存，比如C语言取地址操作符号& 所得到的地址就是虚拟内存地址。而虚拟内存地址 需要映射到物理内存地址 才能使用，如果使用没有映射的 虚拟内地址 ，将会导致 缺页异常。

　虚拟内存地址 映射到物理内存地址如图所示：

　　

 

 

如上图所示，进程A 与进程B的相同虚拟内存地址 映射到不通的物理内存地址，这就是不通进程的相同虚拟内存地址互不影响的原因。

 

写时复制原理

 前面介绍了 虚拟内存 与 物理内存的概念，接下来将会介绍 linux 写时复制的原理。

前面说过，虚拟内存需要与物理内存进行映射才能使用，如果不同进程的 虚拟内存地址映射到相同的物理内存地址，那么就实现了共享内存的机制，如下图所示：

 

 

 

由于进程A的虚拟内存M 与进程B的虚拟内存M' 映射到相同的 物理内存G，所以当修改进程A虚拟内存M的数据时，进程B 虚拟内存M'的数据也会跟着改变。

linux为了加速创建子进程过程与节省内存使用的原因，实现了 写时复制 的机制。

写时复制 的原理大概如下：

• 　　创建子进程时，将父进程的虚拟内存与物理内存映射关系复制到子进程中，并将内存设置为只读（）
• 　　当子进程或者父进程对内存数据进行修改时，便会触发写时复制机制：将原来的内存页复制一份新的，并重新设置其内存映射关系，将父子进程的内存读写权限设置为可读写。

写时复制 过程如下图所示：

 

 

 

从上图可知，当创建子进程时，父子进程指向相同的 物理内存，而不是将父进程所占用的 物理内存 复制一份。这样做的好处有两个：

• 加速创建子进程的速度。

• 减少进程对物理内存的使用。

但这个时候只能对内存进行读操作，如果父进程或子进程对内存进行写操作，那么将会触发 缺页异常，而在 缺页异常 处理中会对物理内存进行复制，并且重新映射其内存映射关系。

复制并重新映射到新的物理内存后，父子进程的虚拟内存就映射到不同的物理内存上，这时父子进程都可以对内存进行写操作而互不影响，所以需要把父子进程的内存读写权限设置为可读写。