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linux 进程0 写时复制,linux 写时复制 COW 过程梳理

最后一次谈到缺页,是在一年多以前,http://blog..net/chenyu105/article/details/7061845

那时结个了草率的尾,定格在了handle_pte_fault,留下一句:I will be back

为避免来回翻阅,将handle_mm_fault再次粘上:

int handle_mm_fault(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,

unsigned long address, unsigned int flags)

{

pgd_t *pgd;

pud_t *pud;

pmd_t *pmd;

pte_t *pte;

if (unlikely(is_vm_hugetlb_page(vma)))

return hugetlb_fault(mm, vma, address, flags);

pgd = pgd_offset(mm, address);

pud = pud_alloc(mm, pgd, address);

pmd = pmd_alloc(mm, pud, address);

pte = pte_alloc_map(mm, pmd, address);

return handle_pte_fault(mm, vma, address, pte, pmd, flags);

}

这里介绍一下pmd_alloc(mm, pud, address)以及pte_alloc_map(mm, pmd, address)

执行pmd_alloc的流程:如果pmd表不存在,则调用__pmd_alloc创建此pmd表,

并将此pmd表的所有成员都指向invalid_pte_table,最后返回vaddr对应的pmd entry指针(指向一个pte表,当然可能是invalid)。

执行pte_alloc_map(mm, pmd, address)的流程:如果pte表是invalid,则分配一个pte表,并返回pte表中此

address对应的pte_t指针,其值is hoped to filled by page frame number, pfn,

但很多时候,新分配出来的pte表是全0的一个page,因此他的成员pte entry也就是0了,即*(pte_t) = 0

可以看出,在走到handle_pte_fault时,页表已建好对应vaddr的从pgd->pmd->pud->pte的路径,并搜索出对

应的pte entry值。这个pte entry 的值,要么是0(未访问过时),要么是有效的页框号pfn。

接着将此pte指针传入handle_pte_fault函数,表示要对此页做进一步处理。

static inline int handle_pte_fault(struct mm_struct *mm,

struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,

pte_t *pte, pmd_t *pmd, unsigned int flags)

{

pte_t entry;

entry = *pte;

if (!pte_present(entry)) {

if (pte_none(entry)) {

if (vma->vm_ops) {

if (likely(vma->vm_ops->fault))

return do_linear_fault(mm, vma, address,

pte, pmd, flags, entry);

}

return do_anonymous_page(mm, vma, address,

pte, pmd, flags);

}

if (pte_file(entry))

return do_nonlinear_fault(mm, vma, address,

pte, pmd, flags, entry);

return do_swap_page(mm, vma, address,

pte, pmd, flags, entry);

}

if (flags & FAULT_FLAG_WRITE) {

if (!pte_write(entry))

return do_wp_page(mm, vma, address,

pte, pmd, ptl, entry);

entry = pte_mkdirty(entry);

}

flush_tlb_page(vma, address);

}

如果pte entry的值是0,则pte_present(entry)返回0,表示此页框不在内存中。

页不在内存中,有两种情况,一种是因为还没有分配页框;另外一种是分配了页框,但是页面数据

被交换到磁盘上。第一种情况,即我们常说的请求调页,通常是由于第一次访问了mmap的地址引起。

有了上面的铺垫,我们来看看写时复制是个什么情况。

COW的原因有两种,一种是访问mmap(MAP_PRIVATE,PROT_READ,fd)空间,另外一种是访问fork出来的进程空间。

现在来看mmap(MAP_PRIVATE)的流程。

MAP_PRIVATE的意思是写时复制COW,man mmap里对此的解释是

The MAP_SHARED and MAP_PRIVATE options describe the disposition of write references to the

underlying object. If MAP_SHARED is specified, write references will change the memory object.

If MAP_PRIVATE is specified, the initial write reference will create a private copy of the

memory object page and redirect the mapping to the copy. The private copy is not created until the first write;

until then, other users who have the object mapped MAP_SHARED can change the object. Either

MAP_SHARED or MAP_PRIVATE must be specified, but not both.

The mapping type is retained across fork(2).

上面这段话最重要的一句,就是在第一次写空间的时候出发拷贝。

因此,隐含的两个要点就是,

1) 触发写时复制的时机是在缺页时,而不是mmap时

2) 缺页时如何区分写时复制引起的异常,答案是在缺页异常里,如果发现是写操作,并且对MAP_PRIVATE的

vma执行的操作,那么就认为是一个写时复制引起的异常,需要进一步做拷贝。

在第一次访问MAP_PRIVATE出来的空间时,走请求调页,对于MAP_PRIVATE标志,文件映射和共享内存映射才有

效,而匿名映射无效,因此走do_linear_fault

static int do_linear_fault(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,

unsigned long address, pmd_t *pmd,

pgoff_t pgoff, unsigned int flags, pte_t orig_pte)

{

ret = vma->vm_ops->fault(vma, &vmf); //分配一个新页面

if (flags & FAULT_FLAG_WRITE) { //1.如果是写操作引起的异常

if (!(vma->vm_flags & VM_SHARED)) { //2. 此空间是MAP_PRIVATE标志

page = alloc_page_vma(vma, address); //分配新页

copy_user_highpage(page, vmf.page, address, vma);//将原页数据拷贝到新页

}

entry = mk_pte(page, vma->vm_page_prot); //按新页生成pte entry

//将此页置可写,以避免其他路径也触发COW

if (flags & FAULT_FLAG_WRITE)

entry = maybe_mkwrite(pte_mkdirty(entry), vma);

set_pte_at(mm, address, page_table, entry); //设置到页表

}

以后再访问这块虚拟地址,就访问的是原数据的拷贝了,这就是MAP_PRIVATE设计的初衷。

再来看fork时的cow。 fork时,会把父进程页表的属性改为只读,这样下次访问就会产生异常。

具体是在copy_mm的copy_one_pte里,有一句判断区间是否为cow属性(即是否可写,可写的话就去掉写属性)

if (is_cow_mapping(vm_flags)) {

ptep_set_wrprotect(src_mm, addr, src_pte);

pte = pte_wrprotect(pte);

}

如果是的话,就去掉写属性。

之后的缺页,根据handle_pte_fault,因为满足pte_present(entry)(页在内存里,缺页是因为权限问题)

所以尝试检查是否COW引起,条件是对不可写空间执行了写操作

if (flags & FAULT_FLAG_WRITE) {

if (!pte_write(entry))

最后走cow流程即do_wp_page