我可以在 Linux 中执行写时复制 memcpy 吗？

问题描述：

我有一些代码，我经常复制一大块内存，但通常只对其进行很小的更改。

我已经实现了一个跟踪更改的系统，但我认为如果可能的话，告诉操作系统对内存进行“写时复制”，并让它只处理更改部分的复制，这样可能会更好。然而，虽然 Linux 确实进行写时复制，例如在 fork() 时，但我找不到控制它并自己执行的方法。

解决方案 1：

最好的机会可能是将mmap()原始数据保存到文件中，然后mmap()再次使用同一个文件MAP_PRIVATE。

解决方案 2：

根据您复制的具体内容，持久数据结构可能是解决您问题的一种方法。

解决方案 3：

使用面向对象语言（如 C++）实现写时复制更容易。例如，Qt 中的大多数容器类都是写时复制的。

当然，如果您也可以在 C 中做到这一点，那只是需要做更多的工作。当您想要将数据分配给新的数据块时，您不需要进行复制，而是只需复制数据包装器 strcut 中的指针即可。您需要在数据块中跟踪数据的状态。如果您现在更改了新数据块中的某些内容，则需要进行“真实”复制并更改状态。当然，您不能再使用简单的运算符（如“=”）进行赋值，而是需要使用函数（在 C++ 中，您只需进行运算符重载）。

更强大的实现应该使用参考计数器而不是简单的标志，我把它留给你。

举个简单粗暴的例子：如果你有一个

struct big {
//lots of data
    int data[BIG_NUMBER];
}

您必须自己实现分配函数和 getter/setter。

// assume you want to implent cow for a struct big of some kind
// now instead of
struct big a, b;
a = b;
a.data[12345] = 6789;

// you need to use
struct cow_big a,b;
assign(&a, b);   //only pointers get copied
set_some_data(a, 12345, 6789); // now the stuff gets really copied


//the basic implementation could look like 
struct cow_big {
    struct big *data;
    int needs_copy;
}

// shallow copy, only sets a pointer. 
void assign(struct cow_big* dst, struct cow_big src) {
    dst->data = src.data;
    dst->needs_copy = true;
}

// change some data in struct big. if it hasn't made a deep copy yet, do it here.
void set_some_data(struct cow_big* dst, int index, int data } {
    if (dst->needs_copy) {
        struct big* src = dst->data;
        dst->data = malloc(sizeof(big));
        *(dst->data) = src->data;   // now here is the deep copy
       dst->needs_copy = false;
   }
   dst->data[index] = data;
}

您还需要编写构造函数和析构函数。我强烈建议使用 c++ 来完成这项工作。

解决方案 4：

例如 fork() 所采用的写时复制机制是 MMU（内存管理单元）的一项功能，它负责处理内核的内存分页。访问 MMU 是一项特权操作，也就是说，用户空间应用程序无法执行此操作。我也不知道有任何写时复制 API 导出到用户空间。

（再说一次，我并不是 Linux API 方面的专家，所以其他人可能会指出我错过的相关 API 调用。）

编辑：瞧，MSalters 不负众望。;-)

解决方案 5：

您应该能够通过 /proc/$PID/mem 打开您自己的内存，然后使用 MAP_PRIVATE 将其有趣的部分 mmap() 到其他地方。

解决方案 6：

这是一个有效的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define SIZE 4096

int main(void) {
  int fd = shm_open("/tmpmem", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
  int r = ftruncate(fd, SIZE);
  printf("fd: %i, r: %i
", fd, r);
  char *buf = mmap(NULL, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
      MAP_SHARED, fd, 0);
  printf("debug 0
");
  buf[SIZE - 2] = 41;
  buf[SIZE - 1] = 42;
  printf("debug 1
");

  // don't know why this is needed, or working
  //r = mmap(buf, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
  //  MAP_FIXED, fd, 0);
  //printf("r: %i
", r);

  char *buf2 = mmap(NULL, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
    MAP_PRIVATE, fd, 0);
  printf("buf2: %i
", buf2);
  buf2[SIZE - 1] = 43;
  buf[SIZE - 2] = 40;
  printf("buf[-2]: %i, buf[-1]: %i, buf2[-2]: %i, buf2[-1]: %i
",
      buf[SIZE - 2],
      buf[SIZE - 1],
      buf2[SIZE - 2],
      buf2[SIZE - 1]);

  unlink(fd);
  return EXIT_SUCCESS;
}

为了安全起见，我有点不确定是否需要启用注释掉的部分。