写时复制原理分析

写时复制页面保护机制是一种优化，内存管理器利用它可以节约内存。

当进程为一个包含读/写页面的内存区对象映射了一份写时视图，而并非在映射该视图时创建一份进程私有的拷贝（Hewlett  Packard  OpenVMS操作系统就是这样做的）时，内存管理器将页面拷贝的动作推迟到页面被写入数据的时候。所有现代的UNIX系统也都使用了这项技术。如：2个进程正在共享3个页面，每个页面都被标记为写时复制，但是这2个进程都不打算修改页面上的任何数据。

如果这2个进程中任何一个线程对一个页面执行了写操作，则产生一个内存管理错误。内存管理器看到，此写操作作用在一个写时复制的页面上，所以，它不是将此错误报告为访问违例，而是在物理内存中分配一个新的读/写页面，并且把原始页面中的内容拷贝到新的页面中。同时也更新一下该进程中对应的页面映射信息，使它指向新的页面位置，然后解除异常，从而使得刚才产生错误的那条指令得以重新执行。这一次，写操作成功了。但是，新拷贝的页面现在对于执行写操作的那个进程来说是私有的，对于其它仍然在共享这一写时复制页面的进程来说，它是不可见的。每个往共享页面中写入数据的进程都将获得它自己的私有拷贝。

写时复制的一个应用是：在调试器中实现断点支持。例如：在默认情况下，代码页面在起始时都是只能执行的。然而，如果一个程序员在调试一个程序时设置了一个断点，则调试器必须在代码中加入一条断点指令。它是这样做的：首先将该页面的保护模式改变为PAGE_EXECUTE_READWRITE，然后改变指令流。因为代码页面是所映射的内存区的一部分，所以内存管理器为设置了断点的那个进程创建一份私有拷贝，同时其它进程仍然使用原先未经修改的代码页面。

写时复制是“延迟计算（lazy  evaluation）”这一计算技术（evaluation  technique）的一个例子，内存管理器广泛地使用了延迟计算的技术。延迟计算使得只有当绝对需要时才执行一个昂贵的操作－－如果该操作从来也不需要的话，则它不会浪费任何一点时间。

POSIX  子系统利用写时复制来实现  fork 函数，当一个UNIX 应用程序调用fork 函数来创建另一个进程时，新进程所做的第一件事是调用exec 函数，用一个可执行程序来重新初始化它的地址空间。 在fork中，新进程不是拷贝整个地址空间，而是通过将页面标记为写时复制的方式，与父进程共享这些页面。如果子进程在这些页面中写入数据了，则生成一份进程私有的拷贝。如果没有写操作，则2个进程继续共享页面，不会执行拷贝动作。不管怎么样，内存管理器只拷贝一个进程试图要写入数据的那些页面，而不是整个地址空间。

想了解写时复制错误的比率，查看性能计数器：Memory: Write  Copies/Sec   。