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CopyOnWrite
发表于:2021-09-03 | 分类: 程序人生
字数统计: 1.1k | 阅读时长: 3分钟 | 阅读量:

写时拷贝

在数据第一次写入到某个存储位置时,首先将原有内容拷贝出来,写到另一位置处,然后再将数据写入到存储设备中,该技术只拷贝在拷贝初始化开始之后修改过的数据。

linux中的cow

在Linux程序中,fork()会产生一个和父进程完全相同的子进程,但子进程在此后多会exec系统调用,出于效率考虑,linux中引入了“写时复制“技术,也就是只有进程空间的各段的内容要发生变化时,才会将父进程的内容复制一份给子进程。

在fork之后exec之前两个进程用的是相同的物理空间(内存区),子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间,也就是说,两者的虚拟空间不同,但其对应的物理空间是同一个。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,如果不是因为exec,内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间(至此两者有各自的进程空间,互不影响),而代码段继续共享父进程的物理空间(两者的代码完全相同)。而如果是因为exec,由于两者执行的代码不同,子进程的代码段也会分配单独的物理空间。

在网上看到还有个细节问题就是,fork之后内核会通过将子进程放在队列的前面,以让子进程先执行,以免父进程执行导致写时复制,而后子进程执行exec系统调用,因无意义的复制而造成效率的下降。

cow思想

当一个父进程fork子进程之后,如果要完全复制出来一份内存,需要消耗很多额外的资源(内存等),而子进程又并不一定会去使用或者修改这些数据,或者仅仅使用一部分和修改一部分。

于是copy on write就被设计了出来,相当于把复制的过程延后到了修改时触发。这解决了2个问题:

  1. 立刻复制带来的性能问题。(如果某个应用使用了十几G的内存,立刻复制会消耗不少性能)
  2. 无法复制的问题。(如果物理机上某个进程使用了一半以上的内存,那就没有空间进行复制了)

应用

cow技术被用在很多地方,这里举几个常见的。

在中间件中维护读多写少变量

在微服务中,服务提供者会向注册中心注册,服务消费者会监听注册中心的事件来更新本地可用服务列表,而这个列表就是一个读多写少的变量。

如果使用读写锁来控制并发,那每次读取数据时都会加读锁,在量比较大的情况下,性能消耗也是不可忽视的。另外在有服务上下线时,需要进行获取写锁,排除所有读操作,会造成服务短暂的不可用。

在java中就有类似的工具类提供这样的支持:CopyOnWriteArrayList等

redis中的RDB持久化

redis在采用RDB方式持久化时,会先fork出一个子进程,由于子进程拥有父进程的内存快照,所以可以慢慢将所有数据写入磁盘。并且此时redis依旧可以对外提供读写服务。

如果中间有写入缓存命令,那redis(父进程)会把需要修改的数据复制出来一份再做修改。事实上这个过程由系统fork机制完成的,这也是为什么redis在RDB时采用子进程而不是子线程来完成持久化的原因

由此也可以看出,cow设计大量出现在快照功能模块中。

思想

cow体现了一种计算机优化思想,那就是通过推迟真正的触发时间来提高效率。类似的优化方式也有不少,例如懒加载等等。

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