瓜瓜头条

mit6.828笔记 - lab4 Part B:写时复制Fork

2024-05-20 16:48 由 toso 发表于 #操作系统

Part B Copy-on-Write Fork

Unix 提供 fork() 系统调用作为主要的进程创建基元。fork()系统调用复制调用进程（父进程）的地址空间，创建一个新进程（子进程）。

不过，在调用 fork() 之后，子进程往往会立即调用 exec()，用新程序替换子进程的内存。例如，shell 通常就是这么做的。在这种情况下，拷贝父进程地址空间所花费的时间基本上是白费的，因为子进程在调用 exec() 之前几乎不会使用它的内存。

因此，后来的 Unix 版本利用虚拟内存硬件，允许父进程和子进程共享映射到各自地址空间的内存，直到其中一个进程实际修改了内存。这种技术被称为 "写时拷贝"（copy-on-write）。 为此，内核会在 fork() 时将父进程的地址空间映射复制到子进程，而不是映射页的内容，同时将现在共享的页标记为只读。 当两个进程中的一个试图写入其中一个共享页面时，该进程就会发生页面错误。此时，Unix 内核会意识到该页面实际上是一个 "虚拟 "或 "写时拷贝 "副本，因此会为发生故障的进程创建一个新的、私有的、可写的页面副本。 这样，单个页面的内容在实际写入之前不会被复制。这种优化使得在子进程中执行 fork() 之后执行 exec() 的成本大大降低：在调用 exec() 之前，子进程可能只需要复制一个页面（堆栈的当前页面）。

我们接下来的目标就是实现写时复制的fork

用户级页面故障处理 User-level page fault handling

为了实现用户级的写时复制 fork()，exercise7做的syscall外，我们还需要实现一些基础设施，即用户级页面故障处理。
注意啊，是用户级的页面故障处理，在 lab3 中，缺页故障的处理函数使用的是自带的简易实现，它是由 trap() 调用的，这个过程显然是在内核态完成的。手册中描述如下：

内核需要跟踪的信息太多了。与传统的 Unix 方法不同，你将在用户空间中决定如何处理每个页面故障，因为在用户空间中，错误的破坏性较小。 这种设计的另一个好处是，允许程序非常灵活地定义其内存区域；稍后在映射和访问基于磁盘的文件系统上的文件时，我们将使用用户级页面故障处理方法。

做到这里一定有一堆疑问，所以可以看一下 part B后面的小标题，实际上 JOS 实现用户级页面故障的思路是：

  1. 增加一个系统调用，sys_env_set_pgfault_upcall ,允许用户进程指定自己的页面故障程序
  2. 在 lab3 的 page_fault_handler 的基础上修改，检查异常来源是否是用户态，如是，则调用上一步部指定的页面故障程序

设置页面故障处理程序

为了处理自己的页面故障，用户环境需要向 JOS 内核注册一个页面故障处理程序入口点。用户环境通过新的 sys_env_set_pgfault_upcall 系统调用来注册其页面故障入口点。我们在 Env 结构中添加了一个新成员 env_pgfault_upcall，以记录这一信息。

练习8

练习 8. 执行 sys_env_set_pgfault_upcall 系统调用。由于这是一个 "危险 "的系统调用，因此在查找目标环境的环境 ID 时一定要启用权限检查。

实现 sys_env_set_upcall 系统调用。

// 通过修改相应结构体 Env 的 “env_pgfault_upcall ”字段，
// 为 “envid ”设置页面故障上调。 
// 当 “envid ”导致页面故障时，
// 内核会将故障记录推送到异常堆栈，然后分支到 “func”。
//
// 成功时返回 0，错误时返回 <0。 错误包括
// -E_BAD_ENV 如果环境 envid 当前不存在，或者调用者没有权限更改 envid。
static int
sys_env_set_pgfault_upcall(envid_t envid, void *func)
{
	// LAB 4: Your code here.
	// panic("sys_env_set_pgfault_upcall not implemented");
	struct Env * e;
	if(envid2env(envid, &e, 1)<0)	// 检查envid是否有误
		return -E_BAD_ENV ;

	e->env_pgfault_upcall = func;	//	设置该环境page fault的handler

	return 0;
}

记得将这个系统调用假如 kern/syscal.c : syscall 的分发里：

调用用户页面故障处理程序

现在我们终于要完善页面故障处理程序 —— page_fault_handler 了。
我们知道目前的 page_fault_handler 仅仅是一个简单实现，但他确是所有页面故障处理的入口。如果我们希望实现用户级页面故障处理，那么应该在这个地方调用上一步设置的处理程序。
但是， page_fault_handler 还不只是这么简单。想一想，如果是 page_fault_handler 自然是内核态的，但是用户自己的处理程序肯定是用户态的，然而我们目前中断使用的栈却是内核栈，用户的处理程序肯定访问不到。怎么办呢？
JOS的方法是，为每个用户进程在各自的地址空间中划分用户异常栈，这个栈不可能由CPU来自动push值了，因此由我们的 page_fault_handler 来传值。传值的形式和 struct trapframe 类似，用户异常栈使用 struct UTrapframe，从栈顶 UXSTACKTOP 开始，形如：

                    <-- UXSTACKTOP
trap-time esp
trap-time eflags
trap-time eip
trap-time eax       start of struct PushRegs
trap-time ecx
trap-time edx
trap-time ebx
trap-time esp
trap-time ebp
trap-time esi
trap-time edi       end of struct PushRegs
tf_err (error code)
fault_va            <-- %esp when handler is run

不过存在这种情况：进行用户级页面处理的过程中，又发生了页面故障，这个时候应该在目前的用户异常栈的基础上，先push一个空32字，再继续push数据。 那如何判断某次处理究竟是不是递归的情况呢？
答案是：测试 tf->tf_esp 是否已经位于用户异常栈之中。
最后，再调用用户的处理程序。

所以说，我们要做的事情：

  1. 判断curenv->env_pgfault_upcall 是否设置
  2. 修改esp，将其切换到异常栈
    1. 对于首次缺页，是直接切换
    2. 对于递归缺页，是在当前tf->tf_esp的下方。
  3. 再异常栈上压入一个UTrapframe
  4. 将eip设置为env_pgfault_upcall

page_fault_handler

void
page_fault_handler(struct Trapframe *tf)
{
	uint32_t fault_va;

	// Read processor's CR2 register to find the faulting address
	fault_va = rcr2();	//获取发生页错误的地址

	// Handle kernel-mode page faults.

	// LAB 3: Your code here.
	if ((tf->tf_cs & 3) == 0)
		panic("page_fault_handler():page fault in kernel mode!\n");

	// 我们已经处理过内核模式异常，所以如果我们到达这里，页面故障就发生在用户模式下。

	// 调用环境的页面故障上调（如果有的话）。 
	// 在用户异常堆栈（低于 UXSTACKTOP）上建立一个页面故障堆栈框架，
	// 然后分支到 curenv->env_pgfault_upcall。
	//
	// 页面故障向上调用可能会导致另一个页面故障，
	// 在这种情况下，我们会递归分支到页面故障向上调用，
	// 在用户异常堆栈顶部推送另一个页面故障堆栈框架。
	//
	// 从页面故障返回的代码（lib/pfentry.S）在陷阱时间栈的顶部有一个字的抓取空间，
	// 这对我们来说很方便，可以更容易地恢复 eip/esp。 
	// 在非递归情况下，我们不必担心这个问题，因为常规用户栈的顶部是空闲的。 
	// 在递归情况下，这意味着我们必须在当前的异常栈顶和新的栈帧之间多留一个字，
	// 因为异常栈 _ 就是陷阱时间栈。
	//
	// 如果没有向上调用页面故障，环境没有为其异常堆栈分配页面或无法写入页面，
	// 或者异常堆栈溢出，则销毁导致故障的环境。
	// 请注意，本级脚本假定您将首先检查页面故障上调，
	// 如果没有，则打印下面的 “用户故障 va ”信息。 
	// 其余三个检查可以合并为一个测试。
	//
	// 提示：
	// user_mem_assert() 和 env_run() 在这里很有用。
	// 要改变用户环境的运行方式，请修改'curenv->env_tf' // （'tf'变量的值为 0）。
	// tf'变量指向'curenv->env_tf'）。

	// LAB 4: Your code here.
	//检查是否有处理页错误的handler
	if(curenv->env_pgfault_upcall)
	{
		uintptr_t stacktop = UXSTACKTOP;
		//检查是否在递归调用handler
		if(tf->tf_esp > UXSTACKTOP-PGSIZE && tf->tf_esp < UXSTACKTOP)
			stacktop = tf->tf_esp;
		
		//预留32位字的scratch space
		uint32_t size = sizeof(struct UTrapframe) + sizeof(uint32_t);
		//检查是否有权限读写exception stack
		user_mem_assert(curenv, (void *)(stacktop-size), size, PTE_U|PTE_W);
		//填充UTrapframe
		struct UTrapframe *utf = (struct UTrapframe *)(stacktop-size);
		utf->utf_fault_va = fault_va;
		utf->utf_err = tf->tf_err;
		utf->utf_regs = tf->tf_regs;
		utf->utf_eip = tf->tf_eip;
		utf->utf_eflags = tf->tf_eflags;
		utf->utf_esp = tf->tf_esp;
		//设置eip和esp，运行handler
		curenv->env_tf.tf_eip = (uintptr_t)curenv->env_pgfault_upcall;
		curenv->env_tf.tf_esp = (uintptr_t)utf;
		env_run(curenv);
	}
	
	// Destroy the environment that caused the fault.
	cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x\n",
		curenv->env_id, fault_va, tf->tf_eip);
	print_trapframe(tf);
	env_destroy(curenv);
}

用户模式页面故障入口点

用户级页面故障管理还有一个问题，那就是谁负责初始化、维护用户异常栈。我们知道，内核会帮用户将trap-time时的状态保存到用户异常栈上。
但实际上，这个用户异常栈，从始至终都没有被初始化过。
对于内核而言，每个用户都有一个默认的页面故障处理程序，那就是打印错误地址。然后退出。
用户页面故障是个自选的功能，JOS让需要自定义处理的进程，自己初始化、维护用户异常栈。内核至负责必要的传值工作，即 page_fault_handler。而page_fault_handler 最后直接使用 env_run 将控制权归还用户了，这意味着，用户需要自己销毁内核传到用户异常栈上的数据。并且自己恢复到 trap-time 状态。
实际上，这一步还挺不容易的，这里存在的困难在于，我们要让所有寄存器保持trap-time state，并跳转回去。

  • 我们不能调用 "jmp xxx"，因为这要求我们将地址加载到某个寄存器中，而这会使得该寄存器无法保持trap-time state
  • 我们也不能从异常堆栈调用 "ret"，因为如果这样做，%esp 就不是trap-time 的值。

因此，手册给出的答题思路是：

  1. 从用户异常栈上读取 trap-time 的 sp
  2. 将 trap-time 的 eip 推送到 trap-time 的stack （即保存到 trap-time 的 sp 所指位置）
  3. 从 用户异常栈上的utrapframe，恢复寄存器状态（跳过 eip）
  4. 恢复 esp （切换回 trap-time 的sp），由于第二步的操作，此时esp所指位置是 trap-time的eip
  5. ret，将 esp 所指的值弹给 PC。

接下来练习10 完成恢复 trap-time state，在练习11 完成用户异常栈的初始化

Exercise 10

练习 10. 实现 lib/pfentry.S 中的 _pgfault_upcall 例程。有趣的部分是返回到用户代码中引起页面故障的原始点。你将直接返回到那里，而无需返回内核。困难的部分是同时切换堆栈和重新加载 EIP。

_pgfault_upcall

// 每当我们在用户空间引发页面故障时，
// 我们都会要求内核将我们重定向到这里
//（参见 pgfault.c 中对 sys_set_pgfault_handler 的调用）。
//
// 当页面故障实际发生时，如果我们尚未进入用户异常堆栈，
// 内核会将我们的 ESP 切换到用户异常堆栈，
// 然后将一个 UTrapframe 推入用户异常堆栈：
//
// 陷阱时 esp
// 陷阱时 eflags
// 陷阱时 eip
// utf_regs.reg_eax
// ...
// utf_regs.reg_esi
// utf_regs.reg_edi
// utf_err（错误代码）
// utf_fault_va <-- %esp
//
// 如果这是一个递归故障，
// 内核将在陷阱时 esp 的上方为我们保留一个空白字，
// 以便在我们解除递归调用时进行从头处理。
//
// 然后，我们在 C 代码中调用相应的页面故障处理程序，
// 该处理程序由全局变量“_pgfault_handler ”指向。

.text
.globl _pgfault_upcall
_pgfault_upcall:
	// Call the C page fault handler.
	pushl %esp			// function argument: pointer to UTF
	movl _pgfault_handler, %eax
	call *%eax
	addl $4, %esp			// pop function argument
	
	// Now the C page fault handler has returned and you must return
	// to the trap time state.
	// Push trap-time %eip onto the trap-time stack.
	//
	// Explanation:
	//   We must prepare the trap-time stack for our eventual return to
	//   re-execute the instruction that faulted.
	//   Unfortunately, we can't return directly from the exception stack:
	//   We can't call 'jmp', since that requires that we load the address
	//   into a register, and all registers must have their trap-time
	//   values after the return.
	//   We can't call 'ret' from the exception stack either, since if we
	//   did, %esp would have the wrong value.
	//   So instead, we push the trap-time %eip onto the *trap-time* stack!
	//   Below we'll switch to that stack and call 'ret', which will
	//   restore %eip to its pre-fault value.
	//
	//   In the case of a recursive fault on the exception stack,
	//   note that the word we're pushing now will fit in the
	//   blank word that the kernel reserved for us.
	//
	// Throughout the remaining code, think carefully about what
	// registers are available for intermediate calculations.  You
	// may find that you have to rearrange your code in non-obvious
	// ways as registers become unavailable as scratch space.
	//
	// LAB 4: Your code here.
	addl $8, %esp					// 清除 fault_va 和 error code 
	movl 32(%esp), %eax				// 取 trap-time-eip 到 eax
	movl 40(%esp), %edx				// 取 trap-time-esp 到 edx
	subl $4, %edx					// 在 trap-time的栈上开辟4字节用于存储 trap-time-eip
	movl %eax, (%edx) 				// 将 trap-time-eip 保存到 trap-time-esp
	movl %edx, 40(%esp)				// 将修改后的trap-time esp保存回栈上

	
	// Restore the trap-time registers.  After you do this, you
	// can no longer modify any general-purpose registers.
	// LAB 4: Your code here.
	popal							// 恢复寄存器

	// Restore eflags from the stack.  After you do this, you can
	// no longer use arithmetic operations or anything else that
	// modifies eflags.
	// LAB 4: Your code here.
	addl $4, %esp					// 跳过 eip
	popfl							// 恢复 eflags
	// Switch back to the adjusted trap-time stack.
	// LAB 4: Your code here.
	popl %esp						// 切换会 trap-time栈
	// Return to re-execute the instruction that faulted.
	// LAB 4: Your code here.
	ret								// 回到 trap-time的指令

Exercise 11

练习 11. 完成 lib/pf 中的 set_pgfault_handler()。

void
set_pgfault_handler(void (*handler)(struct UTrapframe *utf))
{
	int r;

	if (_pgfault_handler == 0) {
		// First time through!
		// LAB 4: Your code here.
		// panic("set_pgfault_handler not implemented");
		// 为当前环境分配异常栈
		if(sys_page_alloc(0, (void *)(UXSTACKTOP - PGSIZE), PTE_U|PTE_W | PTE_P)<0)
			panic("set_pgfault_handler failed.");
		sys_env_set_pgfault_upcall(0, _pgfault_upcall);
	}

	// Save handler pointer for assembly to call.
	_pgfault_handler = handler;
}

小总结：页面故障的流程

页面错误时的控制流：

  1. 用户进程首先调用 set_pgfault_handler，设置自定义的页面故障处理过程。（绿色、黄色箭头）
  2. 用户进程正常执行，直至触发页面故障（红色箭头）
  3. 内核处理中断，将控制权归还给用户自定义页面故障处理（蓝色箭头)

有一点就是，set_pgfault_handler 这个函数，只会将 _pgfault_upcall 这个过程注册到 env 结构体中。
用户自定义的页面故障处理被保存在 _pgfault_handler，由 _pgfault_upcall调用。
也就是说_pgfault_upcall 相当于是个页面故障处理模版，帮助用户进程处理用户异常栈的恢复过程。

发生页错误后，_page_upcall 负责调用 _pgfault_handler，并恢复上下文

测试

debug的时候发现，lib/pgfault.c:set_pgfault_handler 怎么装不上handler。
导致过不了很多测试。来回查了半天，发现 sys_env_set_pgfault_upcall 在做exercise 8的时候忘了给注册到 syscall 里去了。

user/faultread


这个程序没有注册handler，那就会在 page_fault_handler 检查handler合规时失败，打印trapframe后销毁环境。

user/faultdie


这个用户程序的handler打印了引发页错误的地址和错误号。

user/faultalloc

#include <inc/lib.h>

void
handler(struct UTrapframe *utf)
{
	int r;
	void *addr = (void*)utf->utf_fault_va;

	cprintf("fault %x\n", addr);
	if ((r = sys_page_alloc(0, ROUNDDOWN(addr, PGSIZE),
				PTE_P|PTE_U|PTE_W)) < 0)
		panic("allocating at %x in page fault handler: %e", addr, r);
	snprintf((char*) addr, 100, "this string was faulted in at %x", addr);
}

void
umain(int argc, char **argv)
{
	set_pgfault_handler(handler);
	cprintf("%s\n", (char*)0xDeadBeef);
	cprintf("%s\n", (char*)0xCafeBffe);
}

faultalloc 尝试访问两个地址，然后handler中通过 sys_page_alloc 申请这两个地址再访问。

deadbeef这个地址在发生页错误后，通过 handler 申请内存页后成功访问了。
但是 cafebffe 在发生一次页错误后，似乎又发生了一次页错误，因为 cafebffe 在页中正好处于 倒数第二个字节(0xffe)，handler又将一长串字符保存到了cafebffe，所以引发了第二次页错误。
第二次handler在申请玩cafec000的内存页后，将一长串字符串保存到了cafec000，然后控制流回到第一次handler处理错误，继续将字符保存到cafebffe的位置，然后将控制流返回到umain的最后一句话，将第一次handler的字符串打出来。
handler第二次保存的字符串应该是被第一次保存的字符串覆盖，没覆盖的地方被尾巴'\0'切断了。

user/faultallocbad

// test user-level fault handler -- alloc pages to fix faults
// doesn't work because we sys_cputs instead of cprintf (exercise: why?)

#include <inc/lib.h>

void
handler(struct UTrapframe *utf)
{
	int r;
	void *addr = (void*)utf->utf_fault_va;

	cprintf("fault %x\n", addr);
	if ((r = sys_page_alloc(0, ROUNDDOWN(addr, PGSIZE),
				PTE_P|PTE_U|PTE_W)) < 0)
		panic("allocating at %x in page fault handler: %e", addr, r);
	snprintf((char*) addr, 100, "this string was faulted in at %x", addr);
}

void
umain(int argc, char **argv)
{
	set_pgfault_handler(handler);
	sys_cputs((char*)0xDEADBEEF, 4);
}

结果是没有出发 handler ，反而是 user_mem_assert 输出了。

faultallocbad 和 faultalloc 的 handler 是一样的，区别在于使用 sys_cputs 打印。sys_cputs 第一件工作就是用 user_mem_assert 确认 0xDEADBEEF 是否使用，还没有机会触发页错误。

by the way ：user_mem_assert的检查方式是查页表，看PTE是否合规。这个过程是不会发生页错误的。

实现写时复制的fork

现在，我们终于完全拥有了完全在用户空间实现写时复制 fork() 的内核设施。
在 lib/fork.c 中 fork() 已经提供了一个骨架。与 dumbfork() 一样，fork() 也会创建一个新环境，然后扫描父环境的整个地址空间，并在子环境中设置相应的页面映射。
不同之处在于，dumbfork() 将每个页面逐个字节的复制。而 fork() 最初只会复制页面映射。
只有当其中一个环境试图写入页面时，fork() 才会复制每个页面。

fork的基本框架如下：

  1. fork函数：负责复制自身，并调用duppage复制页映射，设置页面故障handler
  2. duppage：负责复制页映射的具体工作
  3. pgfault：页故障handler，当发生对写时复制页进行写操作时，将页面进行实际复制。

fork的具体流程：

  1. 父级程序会使用上面实现的 set_pgfault_handler() 函数安装 pgfault() 作为用户级页面故障处理程序。
  2. 父环境调用 sys_exofork()，创建子环境。
  3. 父环境将[0~UTOP]的地址空间中所有“可写PTE_W”、“写时复制PTE_COW”页面的映射，通过 duppage 复制到子环境中，然后将写时复制页面重新映射到自己的地址空间（为何？不太清楚）。
  4. 对于 [UXSTACKTOP-PGSIZE, UXSTACKTOP] 的部分则是申请新的页面。
  5. 对于只读页面直接保持原权限复制即可。

发生页错误时，就会触发 pgfault() 然后将PTE_COW的页面用新页替换。

练习12 完成fork, duppage, pgfault

练习 12. 在 `lib/fork.c` 中实现 `fork`、`duppage` 和 `pgfault`。

用 `forktree` 程序测试你的代码。它应该会产生以下信息，其中夹杂着 "new env"、"free env "和 "exiting gracefully "信息。这些信息可能不会按此顺序出现，环境 ID 也可能不同。

	1000: I am ''
	1001: I am '0'
	2000: I am '00'
	2001: I am '000'
	1002: I am '1'
	3000: I am '11'
	3001: I am '10'
	4000: I am '100'
	1003: I am '01'
	5000: I am '010'
	4001: I am '011'
	2002: I am '110'
	1004: I am '001'
	1005: I am '111'
	1006: I am '101'

fork

注意理解 uvpt 和 uvpd
uvpt 就是 UVPT，是虚拟地址，范围是PTSIZE，4mb，使用PGNUM宏搜索，取出pte的虚拟地址。
uvpd 是 pgdir 所在的虚拟地址，范围是一个内存页，4kb，使用PDE宏搜索，取出pde的虚拟地址。。

然后就是关于 PFTEMP，前文中有测试过用户的dupapge，我们需要这个区域实现进程间的页面复制。

// implement fork from user space

#include <inc/string.h>
#include <inc/lib.h>

// PTE_COW 标记写时复制页表项。
// 它是明确分配给用户进程的位之一（PTE_AVAIL）。
#define PTE_COW		0x800

//
// 自定义页面故障处理程序 - 如果故障页面是写时复制、
// 映射到我们自己的私有可写副本中。
//
static void
pgfault(struct UTrapframe *utf)
{
	void *addr = (void *) utf->utf_fault_va;
	uint32_t err = utf->utf_err;
	int r;

	// 检查故障访问是否 (1) 可写；(2) 是写时复制页。 如果不是，则 panic。
	// 提示：
	// 在 uvpt 中使用只读页表映射（参见 <inc/memlayout.h>）。

	// LAB 4: Your code here.
	//只在对“写时复制页面”进行“写操作”才处理
	if(!(err & FEC_WR))
	{
		panic("trapno is not FEC_WR.");
	}
	if(!(uvpt[PGNUM(addr)] & PTE_COW))
	{
		panic("fault addr is not COW");
	}

    // 分配一个新页面，将其映射到临时位置 (PFTEMP)，
    // 将旧页面的数据复制到新页面，然后将新页面移动到旧页面的地址。
    // 提示：
    // 你应该调用三次系统调用。

	// LAB 4: Your code here.

	// panic("pgfault not implemented");
	addr = ROUNDDOWN(addr, PGSIZE);
	//将当前进程PFTEMP也映射到当前进程addr指向的物理页
	if ((r = sys_page_map(0, addr, 0, PFTEMP, PTE_U|PTE_P)) < 0)
		panic("sys_page_map: %e", r);
	//令当前进程addr指向新分配的物理页
	if ((r = sys_page_alloc(0, addr, PTE_P|PTE_U|PTE_W)) < 0)	
		panic("sys_page_alloc: %e", r);
	//将PFTEMP指向的物理页拷贝到addr指向的物理页
	memmove(addr, PFTEMP, PGSIZE);			
	//解除当前进程PFTEMP映射					
	if ((r = sys_page_unmap(0, PFTEMP)) < 0)					
		panic("sys_page_unmap: %e", r);
}

//
// 将我们的虚拟页面 pn（地址 pn*PGSIZE）映射到相同虚拟地址的目标 envid 中。 
// 如果页面是可写或写时复制的，则必须创建写时复制的新映射，
// 然后我们的映射也必须标记为写时复制。 
// (练习： 如果我们的映射在本函数开始时已经是写时复制，为什么还需要再次标记写时复制？）
//
// Returns: 0 on success, < 0 on error.
// It is also OK to panic on error.
//
static int
duppage(envid_t envid, unsigned pn)
{
	int r;

	// LAB 4: Your code here.
	// panic("duppage not implemented");
	void *addr = (void *)(pn * PGSIZE);
	if(uvpt[pn] & PTE_SHARE)
	{
		sys_page_map(0, addr, envid, addr, PTE_SYSCALL);	
	}
	else if ((uvpt[pn]&PTE_W)|| (uvpt[pn] & PTE_COW))
	{
		if ((r = sys_page_map(0, addr, envid, addr, PTE_COW|PTE_U|PTE_P)) < 0)
			panic("sys_page_map：%e", r);
		if ((r = sys_page_map(0, addr, 0, addr, PTE_COW|PTE_U|PTE_P)) < 0)
			panic("sys_page_map：%e", r);
	}
	else
	{
		sys_page_map(0, addr, envid, addr, PTE_U|PTE_P);	//对于只读的页，只需要拷贝映射关系即可
	}
	return 0;
}

//
// 使用写时复制的用户级 fork。
// 适当设置页面故障处理程序。
// 创建一个子进程。
// 将我们的地址空间和页面故障处理程序设置复制到子运行程序中。
// 然后将子进程标记为可运行并返回。
//
// 返回：子代的 envid 返回给父代，0 返回给子代，< 0 表示出错。
// 出错时也可以 panic。
//
// 提示
// 使用 uvpd、uvpt 和 duppage。
// 记住在子进程中固定 “thisenv”。
// 用户异常堆栈都不应该标记为写时复制、
// 因此必须为子进程的用户异常堆栈分配一个新页面。
//
envid_t
fork(void)
{
	// LAB 4: Your code here.
	// panic("fork not implemented");
	extern void _pgfault_upcall(void);
	set_pgfault_handler(pgfault);
	envid_t eid = sys_exofork();	// 创建子进程
	if(eid < 0){
		panic("sys_exofork Failed, envid: %e", eid);
	}
	if(eid == 0){					// 子进程进入该分支
		thisenv = &envs[ENVX(sys_getenvid())];
		return 0;
	}
	
	for(uint32_t addr = 0; addr < USTACKTOP; addr += PGSIZE){
		if((uvpd[PDX(addr)] & PTE_P) && 
		(uvpt[PGNUM(addr)]&PTE_P) && 
		(uvpt[PGNUM(addr)] &PTE_U)){
			duppage(eid, PGNUM(addr));
		}
	}
	//为子环境的异常栈申请内存页
	int r = sys_page_alloc(eid, (void *)(UXSTACKTOP-PGSIZE), PTE_P|PTE_W|PTE_U);
	if( r < 0)
		panic("sys_page_alloc: %e", r);
	//为子环境设置pgfault_upcall
	r= sys_env_set_pgfault_upcall(eid, _pgfault_upcall);
	if( r < 0 )
		panic("sys_env_set_pgfault_upcall: %e",r);
	//设置子环境的运行状态
	r = sys_env_set_status(eid, ENV_RUNNABLE);
	if (r < 0)
		panic("sys_env_set_status: %e", r);
	return eid;
}

// Challenge!
int
sfork(void)
{
	panic("sfork not implemented");
	return -E_INVAL;
}

Part B 结束

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