Làm thế nào để copy-on-write trong fork () xử lý nhiều ngã ba?

Theo Wikipedia (có thể sai)

Khi một lệnh gọi hệ thống fork () được phát ra, một bản sao của tất cả các trang tương ứng với tiến trình cha mẹ được tạo ra, được HĐH nạp vào một vị trí bộ nhớ riêng cho tiến trình con. Nhưng điều này là không cần thiết trong một số trường hợp nhất định. Hãy xem xét trường hợp khi một đứa trẻ thực hiện một execcuộc gọi hệ thống "" (được sử dụng để thực hiện bất kỳ tệp thực thi nào từ trong chương trình C) hoặc thoát ra rất nhanh sau đó fork(). Khi đứa trẻ cần thiết chỉ để thực thi một lệnh cho tiến trình cha, không cần sao chép các trang của tiến trình cha, vì execthay thế không gian địa chỉ của tiến trình đã gọi nó bằng lệnh được thực thi.

Trong những trường hợp như vậy, một kỹ thuật gọi là copy-on-write (COW) được sử dụng. Với kỹ thuật này, khi một ngã ba xảy ra, các trang của quy trình cha không được sao chép cho quy trình con. Thay vào đó, các trang được chia sẻ giữa trẻ và quá trình cha mẹ. Bất cứ khi nào một quá trình (cha mẹ hoặc con cái) sửa đổi một trang, một bản sao riêng của trang cụ thể đó được tạo ra cho quá trình đó (cha mẹ hoặc con cái) thực hiện sửa đổi. Quá trình này sau đó sẽ sử dụng trang mới được sao chép thay vì trang được chia sẻ trong tất cả các tài liệu tham khảo trong tương lai. Quá trình khác (quy trình không sửa đổi trang được chia sẻ) tiếp tục sử dụng bản sao gốc của trang (hiện không còn được chia sẻ). Kỹ thuật này được gọi là copy-on-write vì trang được sao chép khi một số tiến trình ghi vào nó.

Có vẻ như khi một trong các quy trình cố gắng ghi vào trang, một bản sao mới của trang sẽ được phân bổ và gán cho quy trình tạo ra lỗi trang. Trang gốc được đánh dấu có thể ghi được sau đó.

Câu hỏi của tôi là: điều gì xảy ra nếu fork()được gọi nhiều lần trước khi bất kỳ quy trình nào thực hiện ghi vào trang chia sẻ?

Không có gì đặc biệt xảy ra. Tất cả các quy trình đang chia sẻ cùng một tập hợp các trang và mỗi trang sẽ có bản sao riêng của mình khi muốn sửa đổi một trang.

Hành vi của fork () phụ thuộc vào việc hệ thống * nix có MMU hay không. Trên hệ thống không phải MMU (như PDP-11 đầu tiên), cuộc gọi hệ thống fork () đã sao chép tất cả bộ nhớ của cha mẹ cho mỗi đứa trẻ. Trên hệ thống * nix dựa trên MMU, kernel đánh dấu tất cả các trang không ngăn xếp là R / O và chia sẻ chúng giữa cha mẹ và con. Sau đó, khi một trong hai quá trình ghi vào bất kỳ trang nào, MMU bẫy lại nỗ lực, hạt nhân sau đó phân bổ một trang có thể ghi và cập nhật các bảng trang MMU để trỏ đến trang hiện có thể ghi. Hành vi Copy-on-Write này cung cấp tốc độ vì ban đầu chỉ có một ngăn xếp riêng tư cần được phân bổ và nhân bản cho mỗi tiến trình con.

Nếu bạn thực thi một số mã cha giữa mỗi lệnh gọi fork () thì các tiến trình con kết quả sẽ khác nhau bởi các trang đã bị thay đổi bởi cha mẹ. Mặt khác, nếu cha mẹ chỉ đơn giản thực hiện nhiều lệnh gọi fork (), ví dụ như trong một vòng lặp, thì các tiến trình con sẽ gần như giống hệt nhau. Nếu một biến vòng lặp cục bộ được sử dụng thì nó sẽ khác nhau trong mỗi ngăn xếp của trẻ.

Khi hệ thống tạo ra một ngã ba, thông thường (điều này có thể phụ thuộc vào việc triển khai), nó cũng đánh dấu các trang là chỉ đọc và đánh dấu tiến trình cha là chủ của các trang này.
Khi cố gắng ghi vào các trang này, sẽ xảy ra lỗi trang và HĐH tiếp quản, sao chép toàn bộ danh sách các trang hoặc chỉ những trang đã thay đổi (một lần nữa, tùy thuộc vào việc thực hiện), do đó quá trình viết sẽ có một bản sao có thể ghi.
Khi có nhiều tiến trình được phân tách từ cùng một quy trình, khi quy trình "chính" ghi vào bộ nhớ của nó, các quy trình khác sẽ sao chép các trang tương đương của chúng.