Linux通过MMU进行虚拟地址到物理地址的转换，当进程执行fork()后，会把页中的权限设置为RD-ONLY（只读）。

MMU（内存管理单元）

·       MMU本质是一个集成在CPU核心的硬件电路模块，其核心任务是实现和管理虚拟内存机制，主要是进行虚拟地址到物理地址的实时、高效转换。
在Linu系统中，MMU的作用是：

1. 提供虚拟地址空间抽象：采用虚拟的思想，让每个进程都感觉自己拥有一个连续的，独立的，巨大的内存空间（这个空间从0开始）
2. 内存保护和隔离：防止一个进程无意或恶意地访问或修改另一个进程的内存
3. 内存利用：只加载程序实际需要的部分到物理内存
4. 共享内存：允许多个进程安全地共享相同的物理内存页

工作流程：

• 页表管理：Linux内核负责创建，修改和销毁进程的页表结构。在进程创建、内存分配、缺页处理、进程切换时执行这些操作
  • CPU发出虚拟地址
  • MMU基于页表将虚拟地址转换物理地址
  • 访问页表
    • 缺页处理：当MMU在地址转换过程中无法找到有效的PTE或遇到权限错误时，它会触发一个Page Fault中断给一个CPU。CPU陷入内核模式
  • 虚拟地址解析：MMU将地址分为两部分：
    • 高阶位：用作进入页表的索引
    • 低阶位：页内偏移量

COPY-ON-WRITE

1. 最开始，当一个新进程通过fork被创建，或者创建共享内存映射（mmap）时，父子进程（或映射共享区域）最初共享相同的物理内存页。内核将进程/映射的页表项标记为只读或设置COW标志。此时没有发生实际的物理内存复制。

   • 复制页表：Linux内核会为字进程创建一份父进程页表的副本。此时，父子进程都指向相同的物理页框。
   • 修改权限：内核不仅会将父子进程页表中指向共享物理页的页表项权限设置为 RD-ONLY，还会设置一个专门的标记位来标志这是一个COW页（并非所有RD-ONLY页都是COW页），这个标记能告诉内核缺页处理程序——如果该页发生了写保护错误，别直接报错，可能是一个COW页

2. 进程尝试写入

   • ​​CPU 尝试执行写指令：​​ P1 执行一条向该共享虚拟地址（比如 Virtual Address 1, VA1）写入数据的指令。
     ​​ * MMU 触发 Page Fault：​​
     ​​ * 原因1：写操作检测：​​ MMU 发现当前指令要求写入一个权限为 RO 的内存页。
     ​​ * 原因2：权限冲突：​​ RO 权限不允许写入，违反了页表项中的权限设置。
   • ​​中断：​​ MMU 产生一个 ​​Page Fault 异常 (中断)​​。CPU 停止当前用户态代码的执行，切换到内核态，调用 Linux 内核的缺页中断处理程序 (Page Fault Handler)。
   • 执行COW
     • 分配新物理页面：内核从空闲物理页面中分配新的物理页面
     • 复制内容：内核将原始物理页框的内容完整复制到这个新分配的物理页框
     • 更新页表：内核修改进程的页表，及那个该页表项指向新的物理页框地址，并设置权限为可读写或其他，然后清除COW标志
   • 恢复执行
     （如果有）内核完后缺页处理，CPU恢复用户态进程的执行，重新执行那条发生缺页的指令