好 那我们接下来
讲一下这个copy-on-write机制
这个呢和我们的这个
进程管理和内存管理紧密相连
也是我们的challenge练习
所以说呢这部分
可以理解为是一个扩展内容
大家了解一下OK
如果感兴趣同学
我们鼓励大家做一下尝试
copy-on-write机制呢
在应用方面也讲到是说
同一种机制使得我们
在创建子进程的时候能够
共享父进程的内存空间
从而可以节省内存的占用
那我们举个例子看process
一开始process A这是一个父进程
它有一个vma和一个
它的page table都是可读可写的
内存空间可读可写
好 通过do_fork呢我们创建了进程B
那么进程B呢
它可以重用
重用这个进程A的地址空间
跟我们前面讲的不太一样
我们前面是说我们要复制一份
把整个内存空间要做一次拷贝
而且这里面呢它不做拷贝
他们是共用一块内存空间
从而可以使得
空间的占用量大大减少
那这样情况会不会出现问题呢
如果是只读的话那没问题
你可以看到
它们因为共用是一块区域
那么它都做读操作
不在内存做改变的话
没任何问题
如果它是写操作就有问题了
为什么呢
因为一个进程
写了一个内存地址之后呢
另一个进程也许不希望
这个内存地址被做修改
也意味着在这种情况下
我们对写要做个特殊的操作
我们这里面做了什么特殊的处理呢
会对这个pgdir我们页表呢
把相应的那个内存空间设成只读
这带来什么问题
一旦某一个进程
无论是进程B还是进程A
就无论父子进程哪一个
做了写操作
由于你的页表里面对应的内容
设置那个属性
就页表下面设置属性是只读
所以一旦做写操作会产生什么
大家想一想
对 我们可以看到它会产生一个page fault
因为对只读页做了一个写操作
违背了这个内存的管理的原则
所以说会产生page fault
但这个page fault正是我们需要利用的
你可以看着 在一般情况下
我们的vma是表明了这个进程
它的一个合法地址空间
是具有可读可写的属性的
特别是对于数据段来说
但是我们的页表是不是只读
这其实有一个矛盾
这个矛盾就会导致产生一个page fault
而我们copy-on-write机制呢
正是利用这个矛盾
来建立了有效的这个
省空间这么一个操作过程
一旦出现page fault
也意味着在这一点上这两个进程
需要有各自独立的空间了
如果是B process B
对这个空间做了修改
那我们希望是什么呢
在这一块空间
这个以页为单位
这个空间
它的空间呢它有它自己的页表项
而同理
这个process A保持原有的页表项不变
这里面是被修改过的内容
而这里面是没有被修改的内容
可以看到这里面就完成了一个分割
但是对于只读的那些
内存页没有任何变化
所以说仅仅是需要有写的时候
内存会增加一小部分内容
但是对那些只读的
依然没有增加
所以空间copy-on-write就在哪呢
当做一个write操作的时候呢
会完成页表内容一个复制和更新
这从而使得我们整个进程创建的开销
因为我们前面
没有拷贝整个内存空间的开销
大大减少
且有效的节省空间
还保证了这个整个进程
进程A和进程B能够正确执行
但是光做到这一步
就是完成一次复制
是否就够了呢
对于简单的情况
这样确实OK
我们有各自的内存页
它的出发点是在于
你做了一次写操作
那么它可以把这个页表项改了
对应页表的那个物理地址空间
做了两份不同的内容
OK 没问题
但如果你在深入考虑一下
可能会出现一种新的一种现象
就是当引入copy-on-write机制之后呢
会出现哪种现象呢
就是一个物理的页
它会有多个虚拟页指向它
因为有不同的进程
不同的进程指向同一个物理页
但它的虚拟地址空间是不一样
分属于不同的进程
那这里面我们对页的管理
特别是物理页的管理
就需要有新的一种机制
因为它的reference
就是引用这个物理页
这个个数是不一样的
有多少个进程引用
也意味着它这个
引用计数应该是多少
那这个个数很重要
我们会看到为什么呢
因为在进程的运行过程中
我们在讲lab3的时候
给大家提到过可能会出现
swapin swapout这个换入换出
那当把一个页换出出去之后呢
也许这个页和另一个进程
所对应的虚拟页
共享了同一个物理页
那怎么去有效的换入换出
且能保证放在这里面
这个页的内容和被其它进程
所用到的那个页的内容是一致的
因为这里面出现一种新的状态
有可能那个页既在这里面
也在内存中
那其实会导致一个问题的复杂
当然我们在这里面呢
可以不考虑这些情况
我们只考虑最简单的
没有换入换出的情况下
那么他只需要有一个reference counter
对于每一个物理页
有一个reference counter就OK了
但一旦要再进一步考虑到
有这个我们说的swap in swap out
这种虚存管理机制之后呢
使得这个页共享这种特点
那么还有一些
更新的一些应对的一些手段
才能保证整个这个数据是一致的
否则会出现一系列的问题
为此呢我们可以考虑简单一点
如果把这个swap fs
这一块
关于虚存管理这一块
稍微靠后的话我们不考虑的话
那我们还需要去考虑什么呢
就是引用计数
那你会在实现copy_range do_pgfault
还有dup_mmap
copy_range干什么复制
do_pgfault完成虚存管理
dup_mmap呢
是完成这个对内存管理的一个复制
那这些功能里面都要有所考虑
关于页的共享这么一个属性
这是大家在做练习的时候
可能需要去注意的一点
还有呢你们在写的时候
要另外需要注意的有足够的test case
就是要有一些bench mark
来测试你的代码是正确的
这里面关于这个
内存的页的这个属性状态
就随着运行在不同阶段
它的状态是有一定的变化
就类似于我们进程管理的时候
进程运行过程中它有状态变化
当由于你引入这个copy-on-write机制之后
还有虚存管理机制之后
它这个内存的这个页的状态
也是一个动态变化的
那这些能否形成一个
类似于我们进程管理
一个生命周期一个图
这里面有一个状态转换图
这是我们在做这个challenge实验的时候
需要考虑内容
你怎么证明图的转换关系是对的
很有挑战
那我们鼓励同学去尝试一下
我们这里面呢
给大家做一个简单介绍而已
大家需要通过实践
才能够得到一个
相对合理和正确一个解答
好 那我就给大家讲完了
就是关于lab5的情况
这里面重点是说
你要去理解怎么去构造出
一个用户态的进程
怎么去完成
父进程到子进程一个fork 复制
怎么去完成这个
进程的系统调用的服务
这部分是去阅读代码就可以
我们这边不需要大家去coding
还有就是challenge
copy-on-write机制
给大家做了介绍
这就是我们整个lab5的一个讲解
好 谢谢大家