mit6.s081 lab6 Copy-on-Write Fork for xv6

最新推荐文章于 2025-08-19 21:19:39 发布

原创

最新推荐文章于 2025-08-19 21:19:39 发布 · 568 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#os

本文详细介绍了如何在xv6操作系统中实现Copy-on-Write (COW) fork，以解决传统fork可能导致的大内存拷贝浪费问题。COW fork通过延迟物理内存的分配和拷贝，仅在进程尝试写入时执行。主要修改了uvmcopy()、usertrap页故障处理、物理页引用计数维护等方面。并提供了kalloc、kfree、incref等关键函数的更新说明。

Implement copy-on write

copy-on-write fork需要解决什么问题？
xv6中的fork()调用需要拷贝所有父进程中的user space memory给子进程，如果user space memory中的空间很大，那么这个拷贝的过程需要消耗非常多的时间。而且这个拷贝的动作很多时候都是浪费的，因为在fork()后往往还会调用exec()，之前所拷贝的user space memory需要被丢弃掉。
为了解决以上问题，需要实现copy-on-write fork。在COW fork中将会推迟对物理内存的分配和拷贝操作，一开始只是创建一个pagetable给子进程，该pagetable指向父进程的物理页，COW fork会将父进程和子进程中的pte标记为不可写的，当其中的一个进程试图对物理页进行写操作室，CPU就会发生page fault，kernel中的page fault handler会对page fault进行处理，handler会为发生page fault的process分配一个物理页，并将原来的物理页中的内容拷贝到新的物理页，然后修改发生page fault的process中的pte指向新分配的物理页，并将pte标记为可写入的。物理页的删除需要通过一个引用计数来记录有多少个process正在共享当前的物理页，当引用数量为0时，才真正地释放该物理页。
为了实现cow fork需要对xv6进行以下修改：
1.修改uvmcopy()中的代码，复制页表时不再分配新的物理页，而是使子进程中的pte指向父进程的物理页，清除父进程和子进程中的pte中的PTE_W位。

int
uvmcopy(pagetable_t old, pagetable_t new, uint64 sz)
{
  pte_t *pte;
  uint64 pa, i;
  uint flags;

  for(i = 0; i < sz; i += PGSIZE){
    if((pte = walk(old, i, 0)) == 0)
      panic("uvmcopy: pt