作者

pengdonglin137@163.com

环境

Linux-6.5 + ARM64

概述

我们知道，Linux内核为了提高进程fork的效率，实现了CoW技术，即将进程的私有的可写区域的Page的映射属性改成只读，父子进程的任何一方先发起写操作的将触发CoW：分配一个新的物理页，然后将要写的区域页的内容拷贝到这个物理页，最后将这个物理页映射到要写的用户虚拟地址上。

下面我们通过实验和源码分析来理解这个过程。

正文

测试程序

下面是用到的测试程序。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>int parent_run = 0;
int child_run = 0;void sig_parent(int sig)
{parent_run += 1;
}void sig_child(int sig)
{child_run += 1;
}// 测试用的缓冲区指针
static char *buffer;int main(int argc, const char *argv[])
{pid_t child_pid;// 通过SIGUSR1和SIGUSR2来控制父子进程的运行printf("parent use signal: %d\n", SIGUSR1);signal(SIGUSR1, sig_parent);printf("child use signal: %d\n", SIGUSR2);signal(SIGUSR2, sig_child);// 实验1：验证虚拟地址区域的分配printf("parent (%d) wait ...\n", getpid());while(parent_run == 0) sleep(1);buffer = malloc(0x100000);printf("parent alloc 1MB memory: %p\n", buffer);// 实验2：验证通过缺页异常实验物理页的按需分配printf("parent (%d) wait ...\n", getpid());while(parent_run == 1) sleep(1);// 这里之所以写0x1000的位置，是因为malloc返回的虚拟地址所属的第一个虚拟页已经映射到了物理页// 不满足实验要求，所以我们使用下一个虚拟页buffer[0x1000] = 1;printf("parent write buffer: %p\n", buffer + 0x1000);// 实验3：验证fork操作后，父子进程页表属性的变化printf("parent (%d) wait ...\n", getpid());while(parent_run == 2) sleep(1);child_pid = fork();if (child_pid > 0) { // parent// 实验4： 验证父进程的Cowprintf("parent (%d) wait ...\n", getpid());while(parent_run == 3) sleep(1);buffer[0x1000] = 3;printf("parent write 3 buffer: %p\n", buffer + 0x1000);printf("parent wait to exit\n");} else if (child_pid == 0) { // child// 实验5：验证父进程发生CoW后，子进程发生写操作时的行为printf("child pid: %d, wait for write buf: %p\n", getpid(), buffer);while(child_run