緣起
對計算機有些了解的人，或多或少會對 Copy On Write 有些聽聞。我接觸這個名詞最早是在操作系統的進程管理中，當子進程從父進程中 fork 出來時，其和父進程共享大部分的數據，對子進程而言這塊內存是只讀的。通過這么做，可以避免在子進程中創(chuàng)建時額外分配內存帶來的開銷。
進程管理的細節(jié)
子進程修改內存（案例1）
如果子進程要對共享的內存進行修改，那么內存管理系統就會分配額外的一塊內存，然后將父進程的內存拷貝過去，然后子進程可以在這塊拷貝過去的內存進行修改。
父進程修改內存（案例2）
書本上一般沒提到的是如果是父進程修改內存，那么這塊內存就會被修改，這個時候子進程怎么辦呢？當然還是拷貝一塊內存給它啊。本部分為猜測，無代碼驗證。
存儲卷管理領域的快照流派
在存儲卷管理領域里面，有個技術叫做快照，其從本質上來說就是記錄了在指定的時刻，指定卷的所有的塊狀態(tài)。一旦快照被創(chuàng)建，那么意味著后續(xù)任何對現有磁盤塊的更改都必須做額外處理。處理有兩種流派，一種叫做 COW（Copy On Write）另外一種叫做ROW（Redirect On Write）。
COW 流派
這種流派跟進程管理的案例2類似，如果存儲發(fā)現某個磁盤塊要被更改，那么它會檢查所有的快照，看看這些快照是不是已經對這塊磁盤空間的數據進行了拷貝，如果沒有的話則進行拷貝。待拷貝完畢后，數據會寫入到該磁盤塊。
優(yōu)缺點
- 缺點：在快照比較多的情況下，存在只針對一次寫，需要發(fā)生一次讀取和多次寫入的情況，性能會急劇降低。快照可能會占用大量空間。
- 優(yōu)點：數據的連續(xù)性比較好，對未來連續(xù)數據讀取有優(yōu)勢。在SSD下這個優(yōu)點不是很明顯。
ROW 流派
這種流派跟進程管理的案例1類似，如果存儲發(fā)現某個磁盤塊要被更改，那么它會檢查所有快照，如果發(fā)現這個磁盤塊被快照使用，那么會找到一塊新的空間，將數據拷貝到新空間，然后在新空間進行數據修改。這種方式和 COW 有個本質上不一樣，即其最開始并不是跟蹤所有分配的卷的塊，而是剛開始就要跟蹤寫入，而寫入的內容可以分布在任意地方。隨著寫入范圍的增加，其跟蹤的塊會越來越多，直到和分配的卷一樣大小。
優(yōu)缺點
- 缺點：由于數據不是在原地修改，可能會導致數據碎片化嚴重，導致讀取效率低下。這個缺點在 SSD 下不明顯，但是在機械盤下就會成為瓶頸。
- 優(yōu)點：多個快照對性能影響很有限。可以合并多個隨機寫入變?yōu)榇髩K的順序寫入，性能能夠較大的提高。和 COW 相比，快照比較省空間。
兩大流派的補充
在這里，我為什么會認為 COW 流派以開始就跟蹤所有卷內磁盤塊呢？那是因為在實現中，這么做在 COW 的情況下只有些許額外的存儲開銷，但是能夠極大的簡化實現難度。無論剛開始磁盤塊上有沒有有意義的數據，其實也判斷不出來數據是不是有意義的，最終這些磁盤塊都是會被文件系統使用到，不會有空間被浪費的。
但是在 ROW 的情況下，如果以開始就假定這些磁盤塊有數據，意味著后續(xù)文件系統再也沒有機會往這些磁盤塊寫東西了。這就是一個錯誤的實現了。
相比而言，前者是靜態(tài)的，簡潔的。后者則是動態(tài)的，復雜的。
現實的實現
- LVM：COW，預先分配指定大小空間給快照，實驗可以觀察到快照空間的增長規(guī)律。
- ZFS，Btrfs：ROW，原來的數據不被覆蓋，Btrfs 可以設置為非這種模式
現實世界中的混用
Wikipedia 中將兩者都稱之為 copy on write。
參考
https://en.wikipedia.org/wiki/Copy-on-write#In_computer_storage
https://storageswiss.com/2016/04/01/snapshot-101-copy-on-write-vs-redirect-on-write/
https://en.wikipedia.org/wiki/Snapshot_(computer_storage)#Implementations
https://en.wikipedia.org/wiki/ZFS#Copy-on-write_transactional_model
