Что происходит с памятью процесса, когда мы создаем его копию с помощью системного вызова fork в операционной системе Linux?

При вызове fork(), ядро операционной системы создает новый процесс, дочерний процесс, который является почти точной копией родительского процесса.

С точки зрения памяти происходит следующее:

1. Виртуальное адресное пространство: Дочерний процесс получает собственное, отдельное виртуальное адресное пространство, идентичное родительскому на момент вызова fork(). Это означает, что дочерний процесс "видит" те же диапазоны адресов и имеет ту же структуру сегментов (код, данные, стек, куча), что и родительский.

2. Физическая память и Copy-on-Write (CoW): Изначально дочерний и родительский процессы совместно используют одни и те же страницы физической памяти. Это оптимизация, известная как "Copy-on-Write" (CoW). Физическая память копируется только тогда, когда один из процессов пытается изменить содержимое страницы.

   • Если родительский или дочерний процесс записывает данные в страницу, которая ранее была общей, ядро создает новую копию этой страницы физической памяти для записывающего процесса. Другой процесс продолжает использовать старую версию страницы.
   • Если процессы только читают данные, они продолжают использовать общую страницу физической памяти.

3. Дескрипторы файлов: Открытые дескрипторы файлов наследуются дочерним процессом. Оба процесса совместно используют указатели на смещение в файле.

4. Другие ресурсы: Другие ресурсы, такие как сигнальные обработчики, текущая рабочая директория и т.д., также копируются или наследуются.

Вот упрощенная иллюстрация:

До fork():

plaintext

Сразу после fork() (CoW):

plaintext

После записи одной из страниц (CoW сработал):

plaintext

Важно понимать, что несмотря на одинаковое виртуальное адресное пространство сразу после fork(), любые изменения в памяти одного процесса (запись в переменные, выделение/освобождение памяти в куче) не влияют на память другого процесса благодаря механизму CoW. Это полностью независимые процессы.