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PkDrew
Asked: 2024-12-09 18:26:00 +0800 CST

Linux fork 甚至复制寄存器吗？

  • 772

我最近了解到 fork 甚至在寄存器上也应用 COW（写时复制）。

我玩了一个简单的玩具盒来验证：

(gdb) info inferiors
  Num  Description       Connection           Executable
* 1    process 59316     1 (native)           /home/Drew/mycode/a.out
  2    process 59386     1 (native)           /home/Drew/mycode/a.out
(gdb) print( $rdi )
$1 = 18874385
(gdb) set $rdi=42
(gdb) print( $rdi )
$2 = 42
(gdb) inferior 2
[Switching to inferior 2 [process 59386] (/home/Drew/mycode/a.out)]
[Switching to thread 2.1 (process 59386)]
#0  0x00002aaaab090291 in fork () from /lib64/libc.so.6
(gdb) print( $rdi )
$3 = 18874385

正如你们看到的，修改父进程中的 rdi 不会干扰子进程。

我想知道它是怎么做到的？现代 CPU 是否专门为多进程提供多个相同的寄存器？

编辑：

感谢各位的评论。我会在这里集体回答评论中的问题，希望这有助于澄清。

我正在使用的参考资料是这份讲稿。

我一般想弄清楚：

  • 无论是否是 COW，Linux 是否会复制寄存器？
  • 如果答案是肯定的，那么它是由硬件完成的，即 CPU 制造商提供设计支持，就像他们支持虚拟机一样，或者由软件完成，比如说，操作系统将寄存器值存储在某处（在 RAM 中？），因此，它不是对寄存器本身进行操作，而是有效地修改页面，但以某种方式设法模仿寄存器行为？
  • 如果 fork 不以任何方式复制寄存器，为什么我会在 GDB 中看到这种现象？
c

2 个回答

  1. Best Answer

    提供抢占式多任务的系统提供 CPU 虚拟化。这允许每个线程表现得好像它拥有自己的 CPU 核心（及其寄存器）。更具体地说，这允许线程使用寄存器，而不必担心它们在操作过程中被另一个线程（同一进程或不同进程）更改。

    无论线程是如何创建的，情况都是如此，因此包括由 创建的线程fork。系统如何实现这一点并不重要。但它可以确保rdi一个线程中对指令指针的任何更改都不会在另一个线程中看到。

    我不知道fork之后寄存器的初始值提供了什么保证fork。它可能与系统 ABI 涵盖的其他调用提供相同的保证。

    • 2

  2. 有趣的事实：我曾经编写了一个根本不使用写时复制的小程序，在产生子进程后，除了寄存器和文件句柄之外，它们是相同的。

    这实际上非常简单，只是根本不要写入 RAM。

    查看手册页clone()，我们甚至可以在父进程和子进程之间共享 RAM。我们可以传递 CLONE_VM 而不是 CLONE_PID 来实现这一点。

    当您使用 fork()、vfork() 或 clone() 系统调用创建新线程时，寄存器复制只发生一次。

    每个进程、每个线程本质上都必须有一个单独的寄存器组；这与进程（旧术语）或线程（新术语）的本质相关。

    那么这是如何做到的呢？

    每当内核切换线程时，旧的寄存器组都会存储在进程数据结构中。（记住术语；内核使用旧术语。）每当切换回来时，它都会恢复它们。实际上还有一点；进程数据结构实际上有内核的寄存器组；当发生触发上下文切换的中断时，用户空间寄存器组被推送到线程的内核堆栈上。

    • 2

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