xv6 学习笔记: Lab Copy on-write
学习
- xv6 book 第 5 章 5.3 节
要点
COW (Copy On Write) fork 旨在当子进程从父进程 fork 出来时，不实际复制物理页。而是把父进程页表的 PTE 改为只读，然后只为子进程创建新页表，PTE 和父进程相同。如果某一页原来可写，还需要给 PTE 加上额外的 COW 标志。当 page fault 发生时，对于原本就只读的页，走正常的 page fault 流程。对于原来可写的页，内核会识别出 COW 标志，申请新页，把旧页内容复制到新页，PTE 改为指向新页，去除 COW 标志并设为可写。
xv6 学习笔记: Lab Page tables 中有 RISC-V 的 PTE 结构示意图。PTE 的第 8 位和第 9 位保留给内核使用。可以用第 8 位作为 COW 标志。
许多内核函数用到 kfree。当内核中没有多个 PTE 指向同一物理页时，kfree 不是问题。但这种情况存在时，如果任意一个 kfree 直接释放了物理页，会造成其他 PTE 的垂悬引用。所以需要为每个物理页创建引用计数，记录有多少个 PTE 指向它。kalloc 时，修改物理页的引用计数为 1。新增一个指向物理页的 PTE 时，将其引用计数 +1。kfree 减小引用计数，当最后一个 PTE 不再指向某个物理页时，该物理页才真正释放。引用计数可以统一保存在一个数组里。该数组需要索引任何 kalloc 有可能申请到的物理页，即 end - PHYSTOP 这段物理页。引用计数的读写必须加锁。引用计数不会超过进程的数量，NPROC 为 64，用 uint8 保存引用计数即可。
原来的 vmfault 只有在尝试为 va 成功新分配一页的时候才返回页面物理地址，其余时候（包括 va 已经映射到了物理页）返回 0。新的 vmfault 还应该在 va 已经映射到 COW 页时，尝试为其分配新的可写页并修改 PTE，其余情况返回 0。
copyout 因为要向进程的地址空间写入值，所以可能会遇到 COW 页，需要额外处理。
魔鬼藏在细节里。需要仔细思考各种边界情况。
不要改太多代码。否则可能会牵一发而动全身，引发各种奇妙问题。