Что такое Copy-on-write?

Э, слушай, а вот эта штука — Copy-on-write, CoW — это вообще гениальная идея, если вдуматься. Представь себе, ты такой сидишь с друзьями, смотрите один и тот же документ в Гугл Докс. Пока все только читают — всё ок, один файл на всех, тихо, мирно. Но как только один пидор решает что-то своё умное вписать и начинает печатать — ёпта, система ему моментально создаёт его личную копию! Чтобы он там не накосячил, а остальные продолжали видеть исходник. Вот это и есть CoW в жизни: делишься, пока не полезли менять.

Как это работает, если по-простому: Допустим, у тебя есть здоровенный массив данных. Ты его «копируешь» в десять разных переменных. Но по-честному, если бы всё копировалось сразу — память бы сожрали, овердохуища. А CoW хитрая жопа: он всем десяти переменным говорит — «ребята, смотрите все на один и тот же кусок памяти, как на оригинал». И все довольны, ресурсы экономятся. Но! Как только какая-нибудь одна переменная возомнила себя главной и пытается в этот общий кусок что-то записать — тут-то её и ловят. Система создаёт настоящую, отдельную физическую копию данных именно для этой негодяйки, и она уже там колобродит в своём песочнице, никого не трогая. Оригинал для остальных — цел и невредим. Красота, да?

Где эту дичь применяют:

1. В ядре операционок, особенно в Unix/Linux. Там есть системный вызов fork() для создания нового процесса. Так вот, раньше это было пиздец как долго — нужно было скопировать всю память родителя. А теперь с CoW — процесс-ребёнок просто указывает на память родителя, и они живут душа в душу, пока один не полезет что-то писать. Только тогда память реально скопируется. Создание процесса стало мгновенным, просто волнение ебать!
2. В языках программирования. Ну, PHP, например, который мы уже обсуждали. Массивы и строки там так и работают — присваиваешь, а копии нет, пока не начал менять.
3. В файловых системах и базах данных. Вот, допустим, ZFS или Btrfs. Ты делаешь снепшот (снимок) системы. По-старому — нужно было бы всё скопировать, терабайты данных, ядрёна вошь! А с CoW — снепшот это просто запись в журнал: «вот такие блоки данных на данный момент». Когда ты потом меняешь файл, система не перезаписывает старый блок, а пишет изменения в новый. А старый блок остаётся нетронутым и привязанным к снепшоту. Гениально и безопасно.
4. В неизменяемых структурах данных. Это для всяких умных паттернов, когда тебе нужно сохранять историю изменений. CoW позволяет делать «новые версии» структур, делясь неизменёнными частями со старыми, что экономит дохуя памяти.

Плюсы (их много):

• Скорость и эффективность. Зачем что-то копировать, если в 90% случаев копия так и будет лежать и на неё только смотреть? CoW откладывает дорогую операцию на тот момент, когда она реально понадобится. Если не понадобится — ты сэкономил кучу тактов процессора и гигабайты оперативки.
• Экономия памяти. Один экземпляр данных, а пользуются им все, кому не лень. Пока они ведут себя прилично (только читают), память почти не растёт.
• Безопасность. Разделяемые данные неизменяемы по факту. Любая попытка записи ведёт к созданию личной копии, исходник под защитой.

Минус (он, увы, есть):

• Первая запись — самая дорогая. Вот тот самый момент, когда какой-нибудь процесс решает таки что-то изменить. Тут-то система и говорит: «Ага, щас, дружок, погоди». И начинается выделение новой памяти и полное копирование данных. Эта операция может быть ощутимо медленнее, чем если бы копия была сделана заранее. Так что если ты точно знаешь, что все «копии» будут активно и постоянно менять данные, CoW может даже навредить, добавив накладных расходов. Но в большинстве сценариев он — лучший друг перформанса.