Copy on Write实现

Posted 2021-11-21 zhushoucheng

xv6中并没有实现这个部分，我自己实现的COW代码没有保存，因此借用了别人的代码，主要是了解实现方法。

COW(copy on write)指fork复制子进程时，并不直接复制父进程的内存内容至子进程中(因为开销很大)，而是将这些内存的一个特殊COW标志置1。因此，子进程读内存时，实际上是读的父进程的内存。当子进程或者父进程需要写内存时，操作系统将使用缺页中断将涉及的内存页表单独复制。即将内存复制的过程延后，并且仅处理使用到的内存部分，可以极大的节约资源消耗。

1. 首先创建int refNum[32768]，用来记录每个物理页的实际关联数，即子进程复制父进程页时，只是对refNum中对应的物理页做+1操作

2. 在页表项中新增PTE_COW标志位。

   

3. 修改fork函数中的uvmcopy()函数(该函数用于复制父进程内存到子进程)，不复制内存，而改为将物理页的对应refNum+1

下面是原代码，对比一下即可发现不再调用memmove函数了

    pa = PTE2PA(*pte);
    flags = PTE_FLAGS(*pte);
    if((mem = kalloc()) == 0)
      goto err;
    memmove(mem, (char*)pa, PGSIZE);
    if(mappages(new, i, PGSIZE, (uint64)mem, flags) != 0){
      kfree(mem);
      goto err;
    }

4. 修改中断处理函数usertrap。缺页中断会使scause寄存器置为13，可以借此判断中断类型。

   缺页中断的目标地址存储在stval寄存器中，使用walk函数通过页表获得该虚拟地址对应的物理页的pte

   判断pte的refNum关联数，如果等于2，说明该页不再处于COW状态，将COW标志去除，write标志打开，表明可以对该内存页进行写操作

   如果大于2，说明该页处于COW状态，需要将目标页的内容复制到新的页中。