コピーオンライトとは何ですか？

コピーオンライトとは何か、それが何に使用されるのか知りたいのですが。「コピーオンライト配列」という用語は、Sun JDKチュートリアルで何度か言及されていますが、それが何を意味するのか理解できませんでした。

私は私自身の説明を書くつもりでしたが、このウィキペディアの記事はそれをかなり要約しています。

基本的な概念は次のとおりです。

コピーオンライト（「COW」と呼ばれることもあります）は、コンピュータープログラミングで使用される最適化戦略です。基本的な考え方は、複数の呼び出し元が最初は区別できないリソースを要求した場合、同じリソースへのポインタを与えることができるということです。この機能は、呼び出し元がリソースの「コピー」を変更しようとするまで維持できます。その時点で、真のプライベートコピーが作成され、変更が他の人に表示されなくなります。これはすべて、発信者に対して透過的に行われます。主な利点は、呼び出し元が変更を行わない場合、プライベートコピーを作成する必要がないことです。

また、COWの一般的な用途のアプリケーションを次に示します。

COWの概念は、Microsoft SQL Server 2005などのデータベースサーバーでのインスタントスナップショットのメンテナンスにも使用されます。インスタントスナップショットは、基になるデータが更新されたときにデータの変更前のコピーを保存することにより、データベースの静的ビューを保持します。インスタントスナップショットは、テスト用途またはモーメント依存のレポートに使用され、バックアップの置き換えには使用しないでください。

「書き込み時にコピー」とは、多かれ少なかれそれがどのように聞こえるかを意味します。つまり、書き込みが行われるまで誰もが同じデータの単一の共有コピーを持ち、その後コピーが作成されます。通常、コピーオンライトは、同時実行性の問題を解決するために使用されます。ZFS、例えば、ディスク上のデータブロックがコピーオンライトが割り当てられます。変更がない限り、元のブロックを保持します。変更により、影響を受けるブロックのみが変更されました。つまり、新しいブロックの最小数が割り当てられます。

これらの変更は通常、トランザクションに対応するように実装されます。つまり、これらの変更にはACIDプロパティがあります。これにより、すべての更新がアトミックであることが保証されるため、いくつかの同時実行の問題が解消されます。

私はコピーオンライトについて同じ答えを繰り返さないものとします。アンドリューの答えとチャーリーの答えはすでに非常にはっきりしていると思います。OSの例を挙げますが、この概念がどの程度広く使用されているかを説明します。

fork()またはvfork()を使用して、新しいプロセスを作成できます。vforkは、コピーオンライトの概念に従います。たとえば、vforkによって作成された子プロセスは、データとコードセグメントを親プロセスと共有します。これにより、分岐時間が短縮されます。execの後にvforkを実行する場合は、vforkを使用することが想定されています。したがって、vforkは、親とデータおよびコードセグメントを共有する子プロセスを作成しますが、execを呼び出すと、子プロセスのアドレス空間に新しい実行可能ファイルのイメージをロードします。

別の例を示すと、Mercurialはコピーオンライトを使用して、ローカルリポジトリのクローンを本当に「安価な」操作にします。

原則は、メモリ内のオブジェクトではなく物理ファイルについて話していることを除いて、他の例と同じです。最初は、クローンは複製ではなく、オリジナルへのハードリンクです。クローン内のファイルを変更すると、新しいバージョンを表すコピーが書き込まれます。

PHPのzvalに関するこの良い記事を見つけました。COWについても触れています。

コピーオンライト（略して「COW」）は、メモリを節約するために設計されたトリックです。ソフトウェアエンジニアリングでより一般的に使用されます。これは、シンボルがすでにzvalを指している場合、シンボルに書き込むときにPHPがメモリをコピーする（または新しいメモリ領域を割り当てる）ことを意味します。

Ruby 'Enterprise Edition'でも、メモリを節約するための優れた方法として使用されています。

良い例は、ブロブを保存する戦略を使用するGitです。なぜハッシュを使用するのですか？これらは、比較を実行するのが簡単なためですが、COW戦略の最適化をより簡単にするためでもあります。わずかなファイル変更で新しいコミットを行うとき、オブジェクトとツリーの大部分は変更されません。したがって、コミットは、ハッシュで作成されたさまざまなポインターを介して、すでに存在する一連のオブジェクトを参照し、履歴全体を格納するために必要なストレージスペースをはるかに小さくします。

メモリ保護の概念です。このコンパイラでは、子のデータを変更する追加のコピーを作成し、この更新されたデータは親のデータに反映されません。

以下は、デコレータデザインパターンを使用したコピーオンライト（COW）Python実装です。不変Valueオブジェクトへの参照は、可変CowValueオブジェクト（デコレーター）によって保持されます。CowValueオブジェクトはすべて転送不変に要求読みValue、オブジェクトをし、新しい不変作成することによって、すべての書き込み要求をインターセプトしValue、正しい状態を持つオブジェクトを。CowValueオブジェクトは、浅いが共有できるように、変数間でコピーしなければならないValueオブジェクトを。

import abc
import copy

class BaseValue(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def read(self):
        raise NotImplementedError
    @abc.abstractmethod
    def write(self, data):
        raise NotImplementedError

class Value(BaseValue):
    def __init__(self, data):
        self.data = data
    def read(self):
        return self.data
    def write(self, data):
        pass

class CowValue(BaseValue):
    def __init__(self, data):
        self.value = Value(data)
    def read(self):
        return self.value.read()
    def write(self, data):
        self.value = Value(data)

v = CowValue(1)
w = copy.copy(v)  # shares the immutable Value object
assert v.read() == w.read()
assert id(v.value) == id(w.value)
w.write(2)  # creates a new immutable Value object with the correct state
assert v.read() != w.read()
assert id(v.value) != id(w.value)