C|内存管理|COW in Linux

简介

众所周知，在fork时，属于进程private的内存页将会进行COW机制。所谓COW，就是一个资源如果需要值拷贝，在读时不创建出副本，仅当写时再创建。这样的话，就可以方便地判断出什么资源需要真的进行拷贝，而能够共享则无需拷贝，从而减少了复制的开销。

这个流程分为两部分：

Fork

设置父子进程的所有内存页的标志为write protected，

而在mmap中被标识为shared的内存则会通过wp_page_reuse标记为wriable

因为谁先写不知道，所以两者都应该是wp，都能进行COW机制。

这里产生了一个问题：

假如父子进程都使用COW，那么在子进程已经copy过的情况下，父进程再copy一次就会造成浪费。（此时原本的一个物理页会对应三个物理页，copy两次）

而且父子同时使用副本的话，原页在没有进程使用的情况下应该如何释放？如果使用计数的话，我们可以知道这个页在cnt==0时应该gc，但是假如我们已经知道了计数，我们完全可以在cnt==1时就不再复制。（此时原本的一个物理页会对应两个物理页，copy1次）

Linux中，也的确很节省地使用了这样的方式。

COW

首先和常识相同，write这些页会触发page fault：

handle_pte _fault

linux使用handle_pte_fault函数处理：

如果vma是writable但是却触发了write fault，则调用do_wp_page（write protect）

do_wp_page

在这个函数里，kernel将会根据物理页遍历所有对应的虚拟页（使用链表）求map cnt，如果map cnt为1，说明当前物理页仅被一个进程使用，不需要COW。（这个过程加锁，防止cnt不同步）。这种情况下，则调用 wp_page_reuse 。

wp_page_reuse

这个函数会在两种情况下调用，要么是上述map cnt==1，要么是mmap里声明为shared（VM_SHARED），原本write_protect的页会直接被标识为writable，即跳过copy。

总结

COW机制下，父子进程的页都会被标记为write protect

• 父子进程均有可能进行copy
• 最后一个写的进程不会进行copy，而是直接使用原本的物理页。