14.6 内存管理的copy-on-write机制慕课视频播放-操作系统-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

好那我们接下来

讲一下这个copy-on-write机制

这个呢和我们的这个

进程管理和内存管理紧密相连

也是我们的challenge练习

所以说呢这部分

可以理解为是一个扩展内容

大家了解一下OK

如果感兴趣同学

我们鼓励大家做一下尝试

copy-on-write机制呢

在应用方面也讲到是说

同一种机制使得我们

在创建子进程的时候能够

共享父进程的内存空间

从而可以节省内存的占用

那我们举个例子看process

一开始process A这是一个父进程

它有一个vma和一个

它的page table都是可读可写的

内存空间可读可写

好通过do_fork呢我们创建了进程B

那么进程B呢

它可以重用

重用这个进程A的地址空间

跟我们前面讲的不太一样

我们前面是说我们要复制一份

把整个内存空间要做一次拷贝

而且这里面呢它不做拷贝

他们是共用一块内存空间

从而可以使得

空间的占用量大大减少

那这样情况会不会出现问题呢

如果是只读的话那没问题

你可以看到

它们因为共用是一块区域

那么它都做读操作

不在内存做改变的话

没任何问题

如果它是写操作就有问题了

为什么呢

因为一个进程

写了一个内存地址之后呢

另一个进程也许不希望

这个内存地址被做修改

也意味着在这种情况下

我们对写要做个特殊的操作

我们这里面做了什么特殊的处理呢

会对这个pgdir我们页表呢

把相应的那个内存空间设成只读

这带来什么问题

一旦某一个进程

无论是进程B还是进程A

就无论父子进程哪一个

做了写操作

由于你的页表里面对应的内容

设置那个属性

就页表下面设置属性是只读

所以一旦做写操作会产生什么

大家想一想

对我们可以看到它会产生一个page fault

因为对只读页做了一个写操作

违背了这个内存的管理的原则

所以说会产生page fault

但这个page fault正是我们需要利用的

你可以看着在一般情况下

我们的vma是表明了这个进程

它的一个合法地址空间

是具有可读可写的属性的

特别是对于数据段来说

但是我们的页表是不是只读

这其实有一个矛盾

这个矛盾就会导致产生一个page fault

而我们copy-on-write机制呢

正是利用这个矛盾

来建立了有效的这个

省空间这么一个操作过程

一旦出现page fault

也意味着在这一点上这两个进程

需要有各自独立的空间了

如果是B process B

对这个空间做了修改

那我们希望是什么呢

在这一块空间

这个以页为单位

这个空间

它的空间呢它有它自己的页表项

而同理

这个process A保持原有的页表项不变

这里面是被修改过的内容

而这里面是没有被修改的内容

可以看到这里面就完成了一个分割

但是对于只读的那些

内存页没有任何变化

所以说仅仅是需要有写的时候

内存会增加一小部分内容

但是对那些只读的

依然没有增加

所以空间copy-on-write就在哪呢

当做一个write操作的时候呢

会完成页表内容一个复制和更新

这从而使得我们整个进程创建的开销

因为我们前面

没有拷贝整个内存空间的开销

大大减少

且有效的节省空间

还保证了这个整个进程

进程A和进程B能够正确执行

但是光做到这一步

就是完成一次复制

是否就够了呢

对于简单的情况

这样确实OK

我们有各自的内存页

它的出发点是在于

你做了一次写操作

那么它可以把这个页表项改了

对应页表的那个物理地址空间

做了两份不同的内容

OK 没问题

但如果你在深入考虑一下

可能会出现一种新的一种现象

就是当引入copy-on-write机制之后呢

会出现哪种现象呢

就是一个物理的页

它会有多个虚拟页指向它

因为有不同的进程

不同的进程指向同一个物理页

但它的虚拟地址空间是不一样

分属于不同的进程

那这里面我们对页的管理

特别是物理页的管理

就需要有新的一种机制

因为它的reference

就是引用这个物理页

这个个数是不一样的

有多少个进程引用

也意味着它这个

引用计数应该是多少

那这个个数很重要

我们会看到为什么呢

因为在进程的运行过程中

我们在讲lab3的时候

给大家提到过可能会出现

swapin swapout这个换入换出

那当把一个页换出出去之后呢

也许这个页和另一个进程

所对应的虚拟页

共享了同一个物理页

那怎么去有效的换入换出

且能保证放在这里面

这个页的内容和被其它进程

所用到的那个页的内容是一致的

因为这里面出现一种新的状态

有可能那个页既在这里面

也在内存中

那其实会导致一个问题的复杂

当然我们在这里面呢

可以不考虑这些情况

我们只考虑最简单的

没有换入换出的情况下

那么他只需要有一个reference counter

对于每一个物理页

有一个reference counter就OK了

但一旦要再进一步考虑到

有这个我们说的swap in swap out

这种虚存管理机制之后呢

使得这个页共享这种特点

那么还有一些

更新的一些应对的一些手段

才能保证整个这个数据是一致的

否则会出现一系列的问题

为此呢我们可以考虑简单一点

如果把这个swap fs

这一块

关于虚存管理这一块

稍微靠后的话我们不考虑的话

那我们还需要去考虑什么呢

就是引用计数

那你会在实现copy_range do_pgfault

还有dup_mmap

copy_range干什么复制

do_pgfault完成虚存管理

dup_mmap呢

是完成这个对内存管理的一个复制

那这些功能里面都要有所考虑

关于页的共享这么一个属性

这是大家在做练习的时候

可能需要去注意的一点

还有呢你们在写的时候

要另外需要注意的有足够的test case

就是要有一些bench mark

来测试你的代码是正确的

这里面关于这个

内存的页的这个属性状态

就随着运行在不同阶段

它的状态是有一定的变化

就类似于我们进程管理的时候

进程运行过程中它有状态变化

当由于你引入这个copy-on-write机制之后

还有虚存管理机制之后

它这个内存的这个页的状态

也是一个动态变化的

那这些能否形成一个

类似于我们进程管理

一个生命周期一个图

这里面有一个状态转换图

这是我们在做这个challenge实验的时候

需要考虑内容

你怎么证明图的转换关系是对的

很有挑战

那我们鼓励同学去尝试一下

我们这里面呢

给大家做一个简单介绍而已

大家需要通过实践

才能够得到一个

相对合理和正确一个解答

好那我就给大家讲完了

就是关于lab5的情况

这里面重点是说

你要去理解怎么去构造出

一个用户态的进程

怎么去完成

父进程到子进程一个fork 复制

怎么去完成这个

进程的系统调用的服务

这部分是去阅读代码就可以

我们这边不需要大家去coding

还有就是challenge

copy-on-write机制

给大家做了介绍

这就是我们整个lab5的一个讲解

好谢谢大家

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-14.6 内存管理的copy-on-write机制

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第十五讲处理机调度

-15.1 处理机调度概念

--15.1 处理机调度概念

-第十五讲处理机调度--15.1 处理机调度概念

-15.2 调度准则

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-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-第十五讲处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

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--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

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-15.5 实时调度和多处理器调度

--15.5 实时调度和多处理器调度

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--15.6 优先级反置

-第十五讲处理机调度--15.6 优先级反置

第十六讲实验六调度器

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-16.2 调度算法支撑框架

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第十七讲同步互斥

-17.1 背景

--17.1 背景

-17.2 现实生活中的同步问题

--17.2 现实生活中的同步问题

-第十七讲同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题

-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-第十七讲同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-17.4 基于软件的同步方法

--17.4 基于软件的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.4 基于软件的同步方法

-17.5 高级抽象的同步方法

--17.5 高级抽象的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法

第十八讲信号量与管程

-18.1 信号量

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-第十八讲信号量与管程--18.1 信号量

-18.2 信号量使用

--18.2 信号量使用

-第十八讲信号量与管程--18.2 信号量使用

-18.3 管程

--18.3 管程

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-18.4 哲学家就餐问题

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-18.5 读者-写者问题

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第十九讲实验七同步互斥

-19.1 总体介绍

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-19.2 底层支撑

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-第十九讲实验七同步互斥--19.2 底层支撑

-19.3 信号量设计实现

--19.3 信号量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.3 信号量设计实现

-19.4 管程和条件变量设计实现

--19.4 管程和条件变量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现

-19.5 哲学家就餐问题

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第二十讲死锁和进程通信

-20.1 死锁概念

--20.1 死锁概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.1 死锁概念

-20.2 死锁处理方法

--20.2 死锁处理方法

-第二十讲死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法

-20.3 银行家算法

--20.3 银行家算法

-第二十讲死锁和进程通信--20.3 银行家算法

-20.4 死锁检测

--20.4 死锁检测

-第二十讲死锁和进程通信--20.4 死锁检测

-20.5 进程通信概念

--20.5 进程通信概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.5 进程通信概念

-20.6 信号和管道

--20.6 信号和管道

-第二十讲死锁和进程通信--20.6 信号和管道

-20.7 消息队列和共享内存

--20.7 消息队列和共享内存

-第二十讲死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存

第二十一讲文件系统

-21.1 文件系统和文件

--21.1 文件系统和文件

-第二十一讲文件系统--21.1 文件系统和文件

-21.2 文件描述符

--21.2 文件描述符

-第二十一讲文件系统--21.2 文件描述符

-21.3 目录、文件别名和文件系统种类

--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-第二十一讲文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-21.4 虚拟文件系统

--21.4 虚拟文件系统

-第二十一讲文件系统--21.4 虚拟文件系统

-21.5 文件缓存和打开文件

--21.5 文件缓存和打开文件

-第二十一讲文件系统--21.5 文件缓存和打开文件

-21.6 文件分配

--21.6 文件分配

-第二十一讲文件系统--21.6 文件分配

-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

-第二十一讲文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

第二十二讲实验八文件系统

-22.1 总体介绍

--22.1 总体介绍

-第二十二讲实验八文件系统--22.1 总体介绍

-22.2 ucore 文件系统架构

--22.2 ucore 文件系统架构

-第二十二讲实验八文件系统--22.2 ucore 文件系统架构

-22.3 Simple File System分析

--22.3 Simple File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.3 Simple File System分析

-22.4 Virtual File System分析

--22.4 Virtual File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.4 Virtual File System分

-22.5 I/O设备接口分析

--22.5 I/O设备接口分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.5 I/O设备接口分析

-22.6 执行流程分析

--22.6 执行流程分析

第二十三讲 I/O子系统

-23.1 I/O特点

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-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点

-23.2 I/O结构

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-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构

-23.3 I/O数据传输

--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输

-23.4 磁盘调度

--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度

-23.5 磁盘缓存

--C327536B80D25CE79C33DC5901307461

-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存

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14.6 内存管理的copy-on-write机制在线视频