Как процесс fork() помечает родительские PTE только для чтения?

Я перерыл много ресурсов, но ничего конкретного по этому поводу не нашел:

Я знаю, что в некоторых Linux-системах системный вызов fork() работает с копированием при записи; то есть родительский и дочерний элементы используют одно и то же адресное пространство, но PTE теперь помечен как только для чтения и будет использоваться позже COW. когда любой из них пытается получить доступ к странице, происходит PAGE_FAULT, и страница копируется в другое место, где ее можно изменить.

Однако я не могу понять, как ОС достигает общих PTE, чтобы пометить их как «прочитанные». Я предположил, что когда происходит системный вызов fork(), ОС выполняет "прогулку по странице" в родительской таблице страниц и помечает их как доступные только для чтения, но я не нахожу ни подтверждения этому, ни какой-либо информации относительно процесс.

Кто-нибудь знает, как страницы помечаются как только для чтения? Будем признательны за любую помощь. Спасибо!


linux-kernel fork virtual-memory page-tables copy-on-write
person ITz    schedule 23.02.2020    source источник
comment
ОС Линуса Linux работает на VMA внутри реализации системного вызова fork: do_fork -› copy_process -› copy_mm -› dup_mm -› dup_mmap ... Здесь мне не удалось получить точную строку, поэтому поисковая машина Интернета дает подсказку для fork+COW+dup_mm как gist.github.com/cwshu/7d52bc993525c1bb7df1 - так что настоящая работа находится в строке retval = copy_page_range(mm, oldmm, mpnt); - проверьте mm/memory.c#L1005   -  person osgx    schedule 24.02.2020

Ответы (1)


arrow_upward
6
arrow_downward

ОС Linux реализует форк системных вызовов с итерацией по всем диапазонам памяти (mmaps, стек и куча) родительского процесса. Копирование этих диапазонов (VMA - Области виртуальной памяти находятся в функции copy_page_range (mn/memory.c), который имеет цикл по записям таблицы страниц:

    /*
     * If it's a COW mapping, write protect it both
     * in the parent and the child
     */
    if (is_cow_mapping(vm_flags)) {
        ptep_set_wrprotect(src_mm, addr, src_pte);
        pte = pte_wrprotect(pte);
    }

где is_cow_mapping будет истинным для частных и потенциально доступных для записи страниц (флаги битового поля проверяются для общих и vm-write-and-vm-maywrite-are-needed">maywrite bits и должен иметь только установленный бит maywrite)

#define VM_SHARED   0x00000008
#define VM_MAYWRITE 0x00000020

static inline bool is_cow_mapping(vm_flags_t flags)
{
    return (flags & (VM_SHARED | VM_MAYWRITE)) == VM_MAYWRITE;
}

PUD, PMD и PTE описаны в таких книгах, как https://www.kernel.org/doc/gorman/html/understand/understand006.html и в таких статьях, как LWN 2005: "Четырехуровневые таблицы страниц объединены".

Как реализация форка вызывает copy_page_range:

  • реализация системного вызова fork (sys_fork? или syscall_define0(fork)) — это do_fork (kernel/fork.c), который вызовет
  • copy_process, который вызовет множество функций copy_*, включая
  • copy_mm, который вызывает
  • dup_mm для выделения и заполнения новой структуры mm, где большая часть работы выполняется
  • dup_mmap (все еще ядро/fork.c) который проверит, что было mmaped и как. (Здесь мне не удалось получить точный путь к реализации COW, поэтому я использовал поисковую машину в Интернете с чем-то вроде «fork+COW+dup_mm», чтобы получить подсказки типа [1] или [2] или [ 3]). После проверки типов mmap есть строка retval = copy_page_range(mm, oldmm, mpnt); для реальной работы.
person osgx    schedule 24.02.2020
comment
Хорошая детективная работа, хотя ваши ссылки довольно старые. В последних версиях ядра происходит следующее: copy_page_range() → copy_p4d_range() → copy_pud_range() → copy_pmd_range() → copy_pte_range() → copy_one_pte(). Вы пропустили промежуточный вызов copy_p4d_range() от copy_page_range(), который больше не вызывает copy_pud_range() напрямую. - person Marco Bonelli; 24.02.2020
comment
Спасибо большое вам обоим! Понятно все объясняет. Однако последний вопрос для уточнения: с чего начинается итерация? Упоминается, что итерация начинается через copy_page_range func. Глядя на прилагаемый код, я увидел, что он работает и с другими структурами данных (такими как TLB). Начинается ли итерация самих таблиц страниц с PTBR (следовательно, итерация действует как обход страницы)? И еще одна вещь, которую я заметил в коде: кажется, что указанная выше функция активна на PTE. Это та же самая функция, которая определяет, будет ли страница считаться активной или неактивной? - person ITz; 24.02.2020
comment
@itaz это объясняется в ответе, это dup_mmap() выполняет эту работу и решает позвонить copy_page_range() - person Marco Bonelli; 24.02.2020
comment
@itaz, итерация начинается с dup_mm -> dup_mmap, и она итерирует не аппаратные таблицы страниц, а программные структуры ядра Linux, которые описывают области памяти процесса. Так что это не прогулка по странице, это прогулка по mmap. dup_mmap выполняет итерацию по областям с mmap, где некоторые mmap могут быть общими или файловыми, а другие являются частными. И некоторые страницы уже могут быть отключены для записи из-за процесса COW. Не уверен, где вы нашли активный, у copy_one_pte есть ветка для отсутствующих страниц (!pte_present(pte)) (например, поменялась местами). - person osgx; 25.02.2020