代码在github上。总体来说如果理解了COW机制的话,这个实验的完成也没有很复杂。

这一个实验是要完成COW(copy on write)fork。在原始的XV6中,fork函数是通过直接对进程的地址空间完整地复制一份来实现的。但是,拷贝整个地址空间是十分耗时的,并且在很多情况下,程序立即调用exec函数来替换掉地址空间,导致fork做了很多无用功。即使不调用exec函数,父进程和子进程的代码段等只读段也是可以共享的,从而达到节省内存空间的目的。同时COW也可以将地址空间拷贝的耗时进行延迟分散,提高操作系统的效率。

首先就是要对fork函数进行修改,使其不对地址空间进行拷贝。fork函数会调用uvmcopy进行拷贝,因此只需要修改uvmcopy函数就可以了:删去uvmcopy中的kalloc函数,将父子进程页面的页表项都设置为不可写,并设置COW标志位(在页表项中保留了2位给操作系统,这里用的是第8位#define PTE_COW (1L << 8)

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: pte should exist");
if((*pte & PTE_V) == 0)
panic("uvmcopy: page not present");
pa = PTE2PA(*pte);
flags = PTE_FLAGS(*pte); *pte = ((*pte) & (~PTE_W)) | PTE_COW; // set parent's page unwritable
// printf("c: %p %p %p\n", i, ((flags & (~PTE_W)) | PTE_COW), *pte);
// map child's page with page unwritable
if(mappages(new, i, PGSIZE, (uint64)pa, (flags & (~PTE_W)) | PTE_COW) != 0){
goto err;
}
refcnt_incr(pa, 1);
}
return 0; err:
uvmunmap(new, 0, i / PGSIZE, 1);
return -1;
}

之后设置一个数组用于保存内存页面的引用计数,由于会涉及到并行的问题,因此也需要设置一个锁,同时定义了一些辅助函数:

struct {
struct spinlock lock;
uint counter[(PHYSTOP - KERNBASE) / PGSIZE];
} refcnt; inline
uint64
pgindex(uint64 pa){
return (pa - KERNBASE) / PGSIZE;
} inline
void
acquire_refcnt(){
acquire(&refcnt.lock);
} inline
void
release_refcnt(){
release(&refcnt.lock);
} void
refcnt_setter(uint64 pa, int n){
refcnt.counter[pgindex((uint64)pa)] = n;
} inline
uint
refcnt_getter(uint64 pa){
return refcnt.counter[pgindex(pa)];
} void
refcnt_incr(uint64 pa, int n){
acquire(&refcnt.lock);
refcnt.counter[pgindex(pa)] += n;
release(&refcnt.lock);
}

修改kfree函数,使其只有在引用计数为1的时候释放页面,其他时候就只减少引用计数:

void
kfree(void *pa)
{
struct run *r; // page with refcnt > 1 should not be freed
acquire_refcnt();
if(refcnt.counter[pgindex((uint64)pa)] > 1){
refcnt.counter[pgindex((uint64)pa)] -= 1;
release_refcnt();
return;
} if(((uint64)pa % PGSIZE) != 0 || (char*)pa < end || (uint64)pa >= PHYSTOP)
panic("kfree"); // Fill with junk to catch dangling refs.
memset(pa, 1, PGSIZE);
refcnt.counter[pgindex((uint64)pa)] = 0;
release_refcnt(); r = (struct run*)pa; acquire(&kmem.lock);
r->next = kmem.freelist;
kmem.freelist = r;
release(&kmem.lock);
}

修改kalloc函数,使其在分配页面时将引用计数也设置为1:这里注意要判断r是否为0,kalloc实现时没有当r==0时就返回。

void *
kalloc(void)
{
...
if(r)
memset((char*)r, 5, PGSIZE); // fill with junk if(r)
refcnt_incr((uint64)r, 1); // set refcnt to 1
return (void*)r;
}

usertrap中加入判断语句,这里只需要处理scause==15的情况,因为13是页面读错误,而COW是不会引起读错误的。

void
usertrap(void)
{
...
} else if(r_scause() == 15){
// page write fault
uint64 va = r_stval();
if(cowcopy(va) == -1){
p->killed = 1;
}
} else if((which_dev = devintr()) != 0){
...
}

cowcopy函数中先判断COW标志位,当该页面是COW页面时,就可以根据引用计数来进行处理。如果计数大于1,那么就需要通过kalloc申请一个新页面,然后拷贝内容,之后对该页面进行映射,映射的时候清除COW标志位,设置PTE_W标志位;而如果引用计数等于1,那么就不需要申请新页面,只需要对这个页面的标志位进行修改就可以了:


int
cowcopy(uint64 va){
va = PGROUNDDOWN(va);
pagetable_t p = myproc()->pagetable;
pte_t* pte = walk(p, va, 0);
uint64 pa = PTE2PA(*pte);
uint flags = PTE_FLAGS(*pte); if(!(flags & PTE_COW)){
printf("not cow\n");
return -2; // not cow page
} acquire_refcnt();
uint ref = refcnt_getter(pa);
if(ref > 1){
// ref > 1, alloc a new page
char* mem = kalloc_nolock();
if(mem == 0)
goto bad;
memmove(mem, (char*)pa, PGSIZE);
if(mappages(p, va, PGSIZE, (uint64)mem, (flags & (~PTE_COW)) | PTE_W) != 0){
kfree(mem);
goto bad;
}
refcnt_setter(pa, ref - 1);
}else{
// ref = 1, use this page directly
*pte = ((*pte) & (~PTE_COW)) | PTE_W;
}
release_refcnt();
return 0; bad:
release_refcnt();
return -1;
}

在对引用计数进行读写时注意锁的设置。在mappages函数中会触发一个remap的panic,这里只要注释掉就行了,因为COW就是要对页面进行重新映射的。

XV6学习(9)Lab cow: Copy-on-write fork的更多相关文章

  1. xv6学习笔记(4) : 进程调度

    xv6学习笔记(4) : 进程 xv6所有程序都是单进程.单线程程序.要明白这个概念才好继续往下看 1. XV6中进程相关的数据结构 在XV6中,与进程有关的数据结构如下 // Per-process ...

  2. XV6学习笔记(2) :内存管理

    XV6学习笔记(2) :内存管理 在学习笔记1中,完成了对于pc启动和加载的过程.目前已经可以开始在c语言代码中运行了,而当前已经开启了分页模式,不过是两个4mb的大的内存页,而没有开启小的内存页.接 ...

  3. xv6学习笔记(3):中断处理和系统调用

    xv6学习笔记(3):中断处理和系统调用 1. tvinit函数 这个函数位于main函数内 表明了就是设置idt表 void tvinit(void) { int i; for(i = 0; i & ...

  4. xv6学习笔记(5) : 锁与管道与多cpu

    xv6学习笔记(5) : 锁与管道与多cpu 1. xv6锁结构 1. xv6操作系统要求在内核临界区操作时中断必须关闭. 如果此时中断开启,那么可能会出现以下死锁情况: 进程A在内核态运行并拿下了p ...

  5. XV6学习笔记(1) : 启动与加载

    XV6学习笔记(1) 1. 启动与加载 首先我们先来分析pc的启动.其实这个都是老生常谈了,但是还是很重要的(也不知道面试官考不考这玩意), 1. 启动的第一件事-bios 首先启动的第一件事就是运行 ...

  6. XV6学习(2)Lab syscall

    实验的代码放在了Github上. 第二个实验是Lab: system calls. 这个实验主要就是自己实现几个简单的系统调用并添加到XV6中. XV6系统调用 添加系统调用主要有以下几步: 在use ...

  7. XV6学习(1) Lab util

    正在学习MIT的6.S081,把做的实验写一写吧. 实验的代码放在了Github上. 第一个实验是Lab util,算是一个热身的实验,没有涉及到系统的底层,就是使用系统调用来完成几个用户模式的小程序 ...

  8. XV6学习(16)Lab net: Network stack

    最后一个实验了,代码在Github上. 这一个实验其实挺简单的,就是要实现网卡的e1000_transmit和e1000_recv函数.不过看以前的实验好像还要实现上层socket相关的代码,今年就只 ...

  9. XV6学习(11)Lab thread: Multithreading

    代码放在github上. 这一次实验感觉挺简单的,特别是后面两个小实验.主要就是对多线程和锁进行一个学习. Uthread: switching between threads 这一个实验是要实现一个 ...

随机推荐

  1. HTTP ERROR400的问题解决

    今天写添加功能,在点添加提交时报了一个"HTTP ERROR 400"的错误,如图, 请求提交的代码死活跳转不到后台,郁闷中,开启debug功能,开始一步步排查, 1.先单独把跳转 ...

  2. 雅虎(ycsb)测试hbase(压测)

    一.下载ycsb 0.10包 https://github.com/brianfrankcooper/YCSB/releases/download/0.10.0/ycsb-0.10.0.tar.gz ...

  3. spark的thriftservr的高可用

    triftserver是基于jdbc的一个spark的服务,可以做web查询,多客户端访问,但是thriftserver没有高可用,服务挂掉后就无法在访问,所有使用注册到zk的方式来实现高可用 一.版 ...

  4. 项目实战--@Transactional 的使用

    @Transactional 介绍 Spring 事务管理分为编码式和声明式的两种方式,编程式事务指的是通过编码方式实现事务:声明式事务基于 AOP,将具体业务逻辑与事务处理解耦.@Transacti ...

  5. [Java基础]——String类

    此篇博客主要整理Java中的String类的使用. 一.String    1.1  String 的定义 上图是jdk中对String类的定义,得到的信息有: ①.String类声明为final的, ...

  6. 记一次使用Asp.Net Core WebApi 5.0+Dapper+Mysql+Redis+Docker的开发过程

    #前言 我可能有三年没怎么碰C#了,目前的工作是在全职搞前端,最近有时间抽空看了一下Asp.net Core,Core版本号都到了5.0了,也越来越好用了,下面将记录一下这几天以来使用Asp.Net ...

  7. 利用DES,C#加密,Java解密代码

    //C#加密 /// <summary> /// 进行DES加密. /// </summary> /// <param name="pToEncrypt&quo ...

  8. 【剑指 Offer】10-II.青蛙跳台阶问题

    题目描述 一只青蛙一次可以跳上1级台阶,也可以跳上2级台阶.求该青蛙跳上一个 n 级的台阶总共有多少种跳法. 答案需要取模 1e9+7(1000000007),如计算初始结果为:1000000008, ...

  9. 肌肤管家SkinRun V3S智能皮肤检测仪,用AI探索肌肤问题

    继肌肤管家SkinRun V3皮肤检测仪之后,肌肤管家SkinRun近期又一重磅推出的肌肤管家SkinRun V3S 智能肌肤测试仪引起了美业人的广泛关注.据了解它汇集百万皮肤数据,利用五光谱原理和人 ...

  10. 【Linux】云服务器部署宝塔linux控制面板环境

    服务器购买及宝塔部署环境说明 简单记录 - 狂神的 服务器购买及宝塔部署环境说明 服务器如何购买 我们尽量趁打折的时候购买,比较便宜点!多看看有活动. 如果是学生,可以购买学生机, 学生机地址:htt ...