今日刷题总结19

Posted 2020-10-05

共享区域与私有区域

每个进程都有自己的私有虚拟地址空间，避免了受到其他进程的错误读写。但是，通常的c程序几乎都使用到标准库函数，例如printf或者scanf，如果每个进程都要为这些常用库函数在物理内存保留一份拷贝，这样对内存就非常浪费了。

为了解决上述问题，可以将常用库函数设定为共享对象，共享对象在物理内存上只有一份拷贝，多个进程可以把自身虚拟内存的一个区域映射到该共享对象上，这些区域就叫共享区域，如果一个进程在自己的共享区域进行写操作，在其他进程的共享区域内能看到相应的改变，并且这种改变也会反映到磁盘上。

除了共享对象，还存在私有对象，一个进程可以将自身虚拟内存的一个区域映射到私有对象上，该区域就叫私有区域，对私有区域做出改变，对于其他进程来说是不可见的，而且对这种改变不会反映到磁盘上。

写时拷贝

私有对象使用写时拷贝被映射到虚拟内存上。私有对象开始时的存在方式基本和共享对象一样，即私有对象在物理内存上只有一份拷贝，多个进程将自己虚拟内存的一个区域（这些区域的地址范围不必相同）映射到私有对象上，各进程对应私有对象的页表条目也被标记为只读，并且区域结构被标记为私有的写时拷贝。各进程共享在物理内存上的私有对象，但如果一个进程修改了私有区域的某一页，会触发一个保护故障，内核的故障处理程序就会为这个页面创建一份新的拷贝，并更新页表条目指向这个新的拷贝，然后恢复这个页面的写权限。当故障处理程序返回时，cpu在新创建的页面上重新执行这个写操作。

fork和execve

父进程调用fork创建子进程时，内核为子进程分配一个唯一的pid，并拷贝了父进程的mm_struct，区域结构（vm_area_struct）以及页表，将父子进程每个页面设置为只读，区域结构设置为私有的写时拷贝。fork返回会，子进程就具有了和父进程相同的虚拟地址空间。当其中一个进程对自己的虚拟内存进行写操作时，写时拷贝机制就会为该进程创建新页面。

假设子进程接着执行execve("a.out",NULL,NULL)，该函数会加载并运行可执行目标文件a.out中的程序，用a.out程序去替代子进程，加载的过程如下：

1）删除子进程虚拟内存用户部分的区域结构。

2）为a.out程序的代码段，数据段，堆栈区域创建新的区域结构，区域结构被设置为私有的写时拷贝。

3）如果a.out与共享对象链接，则这些对象都是动态链接到这个程序的，然后映射到虚拟内存的共享区域。

4）execve设置程序计数器PC，使其指向代码段的入口点。