VM: How does fork() work?

Posted on | In | Comments: | Views:

fork( ) in Kernel

跟read()一样: 都是user process调用kernel syscall，trap into kernel，在interrupt handler中指明interrupt routine，最终由kernel代为执行任务；

具体在kernle中要做的工作有以下几步：

  1. 创建新的 PCB,newProc = proc_create()
  2. 拷贝address space,vmmap_copy(newProc)
    • 拷贝 vmmap(address space)的vmarea(只初步copy memory area):
      newProc->p_vmmap = vmmap_clone(curproc->p_vmmap);
    • 拷贝每个vmarea对应的mmobj, from curproc
      • 两个process的vmarea是一一对应的，遍历copy
      • 首先获得即将要拷贝的curproc的第一个vmarea
      • 从newProc的第一个vmarea开始，执行copy：
        curproc->vmarea->vma_obj
      • 更新vma_obj的refcount
      • 判断要该vmarea是否为Private,执行shadow copy
        1. if private，执行shadow copy
        2. 并且要新vmarea插入到bottom_mmobj->mmo_vmas之后
  3. 清除 curproc 的pageTable 以及TLB缓存(必须在thread copy之前)
    • 因为curproc的pageTable也会被copy(在thread copy的时候)
      若不重新映射pageTable的话，两个process的vaddr会映射同一paddr
    • 既然pageTable需要重新映射，那么TLB也需要重新缓存新映射
  4. 创建新thread，拷贝cur thread内容，包括 register、stack、pageTable
    • 拷贝parent的TCB到新的TCB：kth_new,kth_new = kthread_clone(curthr)
    • 设置所属process，kth_new->kt_proc = newProc
    • 将新thread插入到process的“线程链”之后
    • 更新register信息（包括page table信息）
      • 其实pageTable是给CPU使用的(以下可看出)
      • kt_ctx.c_pdptr = newProc->p_pagedir
      • kt_ctx.c_eip = (uint32_t)userland_entry
      • kt_ctx.c_esp = fork_setup_stack(regs,kth_new->kt_kstack)
      • kt_ctx.c_kstack = (uintptr_t) kth_new->kt_kstack
      • kt_ctx.c_kstacksz = DEFAULT_STACK_SIZE
  5. 拷贝file system的内容
    • 拷贝curProc的file-descriptor-table
    • 注意这里是拷贝的 fd table的内容，并非 open-connection-table
    • 因为fd-table很大：NFILES，遍历拷贝
      • 如果 p->p_files[i] != NULL，表明对应实际open-file
      • 还需要更新该open-file的refcount
  6. 拷贝p_cwd，并更新p_cwd的refcount:p->p_cwd = curproc->p_cwd;
    • 注意：这里的p_cwd在proc_creat()的时候复制了一遍了
    • 同时也要考虑p_cwd=NULL的情况如何处理
  7. 设置 heap segment 的break，与 curproc 的一致
  8. 将新thread加入到 run queue 中
  9. 设置 parent proc的fork()返回值：newProc->p_pid