在pte_handle_fault()中,如果触发异常的页存在于主存中,那么该异常往往是由写了一个只读页触发的,此时需要进行COW(写时复制操作)。如当一个父进程通过fork()创建了一个子进程时,子进程将会共享父进程的页框。之后,无论是父进程还是子进程要对相应的内存进行写操作,都要进行COW,也就是为自己重新分配一个页框,并把之前的数据复制到页框中去,再写。

[cpp] view plaincopy
  1. static inline int handle_pte_fault(struct mm_struct *mm,
  2. struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
  3. pte_t *pte, pmd_t *pmd, unsigned int flags)
  4. {
  5. pte_t entry;
  6. spinlock_t *ptl;
  7. entry = *pte;
  8. ...
  9. ...
  10. ...
  11. /********页在主存中的情况***********/
  12. ptl = pte_lockptr(mm, pmd);
  13. spin_lock(ptl);
  14. if (unlikely(!pte_same(*pte, entry)))
  15. goto unlock;
  16. if (flags & FAULT_FLAG_WRITE) {//异常由写访问触发
  17. if (!pte_write(entry))//而对应的页是不可写的
  18. return do_wp_page(mm, vma, address, //此时必须进行写时复制的操作
  19. pte, pmd, ptl, entry);
  20. entry = pte_mkdirty(entry);
  21. }
  22. entry = pte_mkyoung(entry);
  23. if (ptep_set_access_flags(vma, address, pte, entry, flags & FAULT_FLAG_WRITE)) {
  24. update_mmu_cache(vma, address, entry);
  25. } else {
  26. /*
  27. * This is needed only for protection faults but the arch code
  28. * is not yet telling us if this is a protection fault or not.
  29. * This still avoids useless tlb flushes for .text page faults
  30. * with threads.
  31. */
  32. if (flags & FAULT_FLAG_WRITE)
  33. flush_tlb_page(vma, address);
  34. }
  35. unlock:
  36. pte_unmap_unlock(pte, ptl);
  37. return 0;
  38. }

可以看到,hand_pte_fault()函数处理页存在于主存中的情况的关键操作都集中在do_wp_page()函数上。该函数是用来处理COW的,不过在COW之前先要做一些检查,比如说,如果对应的页只有一个进程使用,那么便可以直接修改页的权限为可读可写,而不进行COW。总之,不到不得以的情况下是不会进行COW的。

[cpp] view plaincopy
  1. static int do_wp_page(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
  2. unsigned long address, pte_t *page_table, pmd_t *pmd,
  3. spinlock_t *ptl, pte_t orig_pte)
  4. {
  5. struct page *old_page, *new_page;
  6. pte_t entry;
  7. int reuse = 0, ret = 0;
  8. int page_mkwrite = 0;
  9. struct page *dirty_page = NULL;
  10. old_page = vm_normal_page(vma, address, orig_pte);//获取共享页
  11. if (!old_page) {//获取共享页失败
  12. /*
  13. * VM_MIXEDMAP !pfn_valid() case
  14. *
  15. * We should not cow pages in a shared writeable mapping.
  16. * Just mark the pages writable as we can't do any dirty
  17. * accounting on raw pfn maps.
  18. */
  19. /*如果vma的映射本来就是共享且可写的,则跳转至reuse直接使用orig_pte对应的页*/
  20. if ((vma->vm_flags & (VM_WRITE|VM_SHARED)) ==
  21. (VM_WRITE|VM_SHARED))
  22. goto reuse;
  23. /*否则跳转至gotten分配一个页*/
  24. goto gotten;
  25. }
  26. /*
  27. * Take out anonymous pages first, anonymous shared vmas are
  28. * not dirty accountable.
  29. */
  30. /*下面首先判断匿名页的情况,如果old_page是匿名页,并且只有一个进程使用它(reuse为1),则
  31. 则直接使用该页*/
  32. if (PageAnon(old_page) && !PageKsm(old_page)) {
  33. /*这里先判断是否有其他进程竞争,修改了页表*/
  34. if (!trylock_page(old_page)) {
  35. page_cache_get(old_page);
  36. pte_unmap_unlock(page_table, ptl);
  37. lock_page(old_page);
  38. page_table = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address,
  39. &ptl);
  40. if (!pte_same(*page_table, orig_pte)) {
  41. unlock_page(old_page);
  42. page_cache_release(old_page);
  43. goto unlock;
  44. }
  45. page_cache_release(old_page);
  46. }
  47. /*确定没有其他进程竞争,则进行reuse判断,通过reuse_swap_page()函数判断
  48. old_page的_mapcount字段是否为0,是的话则表明只有一个进程使用该匿名页*/
  49. reuse = reuse_swap_page(old_page);
  50. unlock_page(old_page);
  51. } else if (unlikely((vma->vm_flags & (VM_WRITE|VM_SHARED)) ==
  52. (VM_WRITE|VM_SHARED))) {//如果vma的映射本来就是共享且可写的
  53. /*
  54. * Only catch write-faults on shared writable pages,
  55. * read-only shared pages can get COWed by
  56. * get_user_pages(.write=1, .force=1).
  57. */
  58. if (vma->vm_ops && vma->vm_ops->page_mkwrite) {
  59. struct vm_fault vmf;
  60. int tmp;
  61. vmf.virtual_address = (void __user *)(address &
  62. PAGE_MASK);
  63. vmf.pgoff = old_page->index;
  64. vmf.flags = FAULT_FLAG_WRITE|FAULT_FLAG_MKWRITE;
  65. vmf.page = old_page;
  66. /*
  67. * Notify the address space that the page is about to
  68. * become writable so that it can prohibit this or wait
  69. * for the page to get into an appropriate state.
  70. *
  71. * We do this without the lock held, so that it can
  72. * sleep if it needs to.
  73. */
  74. page_cache_get(old_page);//增加old_page的引用计数作为保护
  75. pte_unmap_unlock(page_table, ptl);
  76. /*这里通知即将修改页的权限*/
  77. tmp = vma->vm_ops->page_mkwrite(vma, &vmf);
  78. /*如果无法修改的话,则跳转到unwritable_page*/
  79. if (unlikely(tmp &
  80. (VM_FAULT_ERROR | VM_FAULT_NOPAGE))) {
  81. ret = tmp;
  82. goto unwritable_page;
  83. }
  84. if (unlikely(!(tmp & VM_FAULT_LOCKED))) {
  85. lock_page(old_page);
  86. if (!old_page->mapping) {
  87. ret = 0; /* retry the fault */
  88. unlock_page(old_page);
  89. goto unwritable_page;
  90. }
  91. } else
  92. VM_BUG_ON(!PageLocked(old_page));
  93. /*
  94. * Since we dropped the lock we need to revalidate
  95. * the PTE as someone else may have changed it.  If
  96. * they did, we just return, as we can count on the
  97. * MMU to tell us if they didn't also make it writable.
  98. */
  99. /*走到这里表示已经成功修改了页的权限了,这里同样重新获取页表,判断是否和之前一致*/
  100. page_table = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address,
  101. &ptl);
  102. if (!pte_same(*page_table, orig_pte)) {
  103. unlock_page(old_page);
  104. page_cache_release(old_page);
  105. goto unlock;
  106. }
  107. page_mkwrite = 1;
  108. }
  109. dirty_page = old_page;
  110. get_page(dirty_page);
  111. reuse = 1;
  112. }
  113. if (reuse) {//reuse处理,也就是说不进行COW,可以直接在old_page上进行写操作
  114. reuse:
  115. flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(orig_pte));
  116. entry = pte_mkyoung(orig_pte);//标记_PAGE_ACCESSED位
  117. entry = maybe_mkwrite(pte_mkdirty(entry), vma);//将页的权限修改为可读可写,并且标记为脏页
  118. if (ptep_set_access_flags(vma, address, page_table, entry,1))
  119. update_mmu_cache(vma, address, entry);
  120. ret |= VM_FAULT_WRITE;
  121. goto unlock;
  122. }
  123. /*
  124. * Ok, we need to copy. Oh, well..
  125. */
  126. /***************终于走到了不得已的一步了,下面只好进行COW了********************/
  127. page_cache_get(old_page);
  128. gotten:
  129. pte_unmap_unlock(page_table, ptl);
  130. if (unlikely(anon_vma_prepare(vma)))
  131. goto oom;
  132. if (is_zero_pfn(pte_pfn(orig_pte))) {
  133. new_page = alloc_zeroed_user_highpage_movable(vma, address);//分配一个零页面
  134. if (!new_page)
  135. goto oom;
  136. } else {
  137. new_page = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER_MOVABLE, vma, address);//分配一个非零页面
  138. if (!new_page)
  139. goto oom;
  140. cow_user_page(new_page, old_page, address, vma);//将old_page中的数据拷贝到new_page
  141. }
  142. __SetPageUptodate(new_page);
  143. /*
  144. * Don't let another task, with possibly unlocked vma,
  145. * keep the mlocked page.
  146. */
  147. if ((vma->vm_flags & VM_LOCKED) && old_page) {
  148. lock_page(old_page);    /* for LRU manipulation */
  149. clear_page_mlock(old_page);
  150. unlock_page(old_page);
  151. }
  152. if (mem_cgroup_newpage_charge(new_page, mm, GFP_KERNEL))
  153. goto oom_free_new;
  154. /*
  155. * Re-check the pte - we dropped the lock
  156. */
  157. page_table = pte_offset_map_lock(mm, pmd, address, &ptl);
  158. if (likely(pte_same(*page_table, orig_pte))) {
  159. if (old_page) {
  160. if (!PageAnon(old_page)) {
  161. dec_mm_counter(mm, file_rss);
  162. inc_mm_counter(mm, anon_rss);
  163. }
  164. } else
  165. inc_mm_counter(mm, anon_rss);
  166. flush_cache_page(vma, address, pte_pfn(orig_pte));
  167. entry = mk_pte(new_page, vma->vm_page_prot);//获取new_page的pte
  168. entry = maybe_mkwrite(pte_mkdirty(entry), vma);//修改new_page的权限
  169. /*
  170. * Clear the pte entry and flush it first, before updating the
  171. * pte with the new entry. This will avoid a race condition
  172. * seen in the presence of one thread doing SMC and another
  173. * thread doing COW.
  174. */
  175. ptep_clear_flush(vma, address, page_table);
  176. page_add_new_anon_rmap(new_page, vma, address);
  177. /*
  178. * We call the notify macro here because, when using secondary
  179. * mmu page tables (such as kvm shadow page tables), we want the
  180. * new page to be mapped directly into the secondary page table.
  181. */
  182. set_pte_at_notify(mm, address, page_table, entry);
  183. update_mmu_cache(vma, address, entry);
  184. if (old_page) {
  185. /*
  186. * Only after switching the pte to the new page may
  187. * we remove the mapcount here. Otherwise another
  188. * process may come and find the rmap count decremented
  189. * before the pte is switched to the new page, and
  190. * "reuse" the old page writing into it while our pte
  191. * here still points into it and can be read by other
  192. * threads.
  193. *
  194. * The critical issue is to order this
  195. * page_remove_rmap with the ptp_clear_flush above.
  196. * Those stores are ordered by (if nothing else,)
  197. * the barrier present in the atomic_add_negative
  198. * in page_remove_rmap.
  199. *
  200. * Then the TLB flush in ptep_clear_flush ensures that
  201. * no process can access the old page before the
  202. * decremented mapcount is visible. And the old page
  203. * cannot be reused until after the decremented
  204. * mapcount is visible. So transitively, TLBs to
  205. * old page will be flushed before it can be reused.
  206. */
  207. page_remove_rmap(old_page);
  208. }
  209. /* Free the old page.. */
  210. new_page = old_page;
  211. ret |= VM_FAULT_WRITE;
  212. } else
  213. mem_cgroup_uncharge_page(new_page);
  214. if (new_page)
  215. page_cache_release(new_page);
  216. if (old_page)
  217. page_cache_release(old_page);
  218. unlock:
  219. pte_unmap_unlock(page_table, ptl);
  220. if (dirty_page) {
  221. /*
  222. * Yes, Virginia, this is actually required to prevent a race
  223. * with clear_page_dirty_for_io() from clearing the page dirty
  224. * bit after it clear all dirty ptes, but before a racing
  225. * do_wp_page installs a dirty pte.
  226. *
  227. * do_no_page is protected similarly.
  228. */
  229. if (!page_mkwrite) {
  230. wait_on_page_locked(dirty_page);
  231. set_page_dirty_balance(dirty_page, page_mkwrite);
  232. }
  233. put_page(dirty_page);
  234. if (page_mkwrite) {
  235. struct address_space *mapping = dirty_page->mapping;
  236. set_page_dirty(dirty_page);
  237. unlock_page(dirty_page);
  238. page_cache_release(dirty_page);
  239. if (mapping)    {
  240. /*
  241. * Some device drivers do not set page.mapping
  242. * but still dirty their pages
  243. */
  244. balance_dirty_pages_ratelimited(mapping);
  245. }
  246. }
  247. /* file_update_time outside page_lock */
  248. if (vma->vm_file)
  249. file_update_time(vma->vm_file);
  250. }
  251. return ret;
  252. oom_free_new:
  253. page_cache_release(new_page);
  254. oom:
  255. if (old_page) {
  256. if (page_mkwrite) {
  257. unlock_page(old_page);
  258. page_cache_release(old_page);
  259. }
  260. page_cache_release(old_page);
  261. }
  262. return VM_FAULT_OOM;
  263. unwritable_page:
  264. page_cache_release(old_page);
  265. return ret;
  266. }

用户空间缺页异常pte_handle_fault()分析--(下)--写时复制相关推荐

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