16、优化数据复制：fbufs与TCOW技术解析

优化数据复制：fbufs与TCOW技术解析

在数据处理和传输过程中，数据复制是一个常见且关键的操作。然而，传统的页面重映射方式存在诸多开销，影响了系统的性能。本文将深入探讨fbufs和TCOW（transient copy-on-write）这两种技术，它们分别通过不同的方式优化了数据复制过程。

1. 传统页面重映射的问题

传统观点认为，通过对页表进行写入操作，就可以将一个大缓冲区从应用程序传输到内核（反之亦然）。如图所示，假设操作系统要将进程1的虚拟页10中的数据快速复制到进程2的虚拟页8中，简单的做法是让进程2中对应虚拟页8的页表项指向进程1中虚拟页10所指向的数据包数据。

但实际上，这种简单描述掩盖了许多额外的开销：
- 多级页表 ：现代系统大多使用多级页表映射，因为从20位的虚拟页进行映射需要大量的页表内存。因此，实际的映射可能需要更改至少一级和二级页表中的映射。为了实现可移植性，还存在与机器无关和与机器相关的表，所以涉及多次写入操作，而不仅仅是一次。
- 获取锁和修改页表项 ：页表是共享资源，必须使用锁进行保护，这就需要获取和释放锁。
- 刷新转换后备缓冲区（TLB） ：为了节省转换时间，常用的页表映射会被缓存在TLB中。当写入虚拟页8的新位置时，必须找到并刷新（即移除）或更正TLB中所有与虚拟页8相关的条目。
- 在目标域分配虚拟内存 ：虽然假设虚拟内存位置8是目标页面的位置，但在进行复制之前，需要进行一些计算以在目标进程中找到一个空闲的页表项。
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