コピーオンライト

fork()関数の高速化

fork()関数発行時には、親プロセスのメモリを子プロセスにすべてコピーするのではなく、ページテーブルだけをコピーします。
....
その後にメモリを読むと、親子ともに共有された物理ページにアクセスできます。
一方親子のいずれかがデータを更新使用すると、ページの共有を解除して、それぞれのプロセスは専用のページを持つことになります。

データの更新の流れ

• 書き込み権限がないので、CPU上でページフォールトが発生。
• CPUがカーネルモードに遷移して、カーネルのページフォールとハンドラが動き出す。
• ページフォールトハンドラは、アクセスされたページを別の物理メモリ上にコピーする。
• 親子プロセスともに、子プロセスが更新しようとしたページに対応するページテーブルエントリを書き換える。親プロセスのエントリは、書き込み権限を有効化する。子プロセスは先の処理でのコピー先の領域を参照する

コピーオンライト(CoW)

fork()関数の発行時にではなく、その後の発生する各ページへの初回書き込み時にデータをコピーするため、この仕組みをコピーオンライトと呼びます。

気づき

変更するページだけメモリを使用するので増加分が少なくて済む。
共有メモリはすごい。
共有メモリのおかげで物理メモリ以上のプロセスを動かすことができる。
プロセスが生成された後も、それぞれのメモリが全メモリにwriteすることは極めて稀なので、システム全体のメモリ使用量も減らせる。とはプロセスの仮想メモリがメモリ使用中の全プロセスに対して書き込む作業が稀ということなのか？それは分からなかった。

コピーオンライトを見てみる

root@*******:************# ./cow.py 
*** 子プロセス生成前 ***
freeコマンドの実行結果:
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        3907956      971248     1543992        5408     1392716     2686232
Swap:       1190340           0     1190340
親プロセスのメモリ関連情報
  RSS  MAJFL  MINFL
112256     2  27083

*** 子プロセス生成直後 ***
freeコマンドの実行結果:
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        3907956      972552     1542480        5408     1392924     2684852
Swap:       1190340           0     1190340
子プロセスのメモリ関連情報
  RSS  MAJFL  MINFL
110076     1    618

気づき

usedが1MB増えている。
RSSが２MBぐらい減っている。これは理由はわからない。

*** 子プロセスによるメモリアクセス後 ***
freeコマンドの実行結果:
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        3907956     1076628     1438404        5408     1392924     2580828
Swap:       1190340           0     1190340
子プロセスのメモリ関連情報
  RSS  MAJFL  MINFL
110088     1  26648

気づき

usedがさらに100MB増えている。ここで書き換えられたのか。新たに割り当てられている。

出典

感想

難しかくなってきた。
とりあえず頑張ろう。
メモリの使用量が共有メモリのおかげで節約できている