ch40 里 AP 还没开中断，原因是页表修改没有保护。这章解决这个问题：实现 TLB Shootdown，让多核下的页表修改安全可见。

问题：每颗 CPU 有自己的 TLB

TLB（Translation Lookaside Buffer）是每颗核心内置的页表缓存，把虚拟地址→物理地址的映射缓存起来，避免每次都走四级页表。

问题在于，当一颗核心修改了页表（比如 fork 的 CoW、exec 建立新地址空间），其他核心的 TLB 里可能还缓存着旧的映射：

CPU0 修改页表：VA 0x1000 → 新物理页 0xABCD000
CPU1 的 TLB：  VA 0x1000 → 旧物理页 0x1234000  ← 未失效！

CPU1 访问 VA 0x1000 → 访问了错误的物理页 → 数据错误

解决方法：修改页表后，给所有其他核心发一个 IPI，让它们执行 invlpg 使对应 TLB 条目失效。这个过程叫 TLB Shootdown。

实现

全局协调变量

volatile uint64_t tlb_shootdown_addr = 0;
volatile int      tlb_ack_count      = 0;

发起方（修改页表的核心）

void tlb_shootdown(uint64_t vaddr) {
    int online = ap_online_count;
    if (online <= 0) {
        // 单核路径，直接本地 invlpg
        __asm__ volatile("invlpg (%0)" :: "r"(vaddr) : "memory");
        return;
    }

    tlb_shootdown_addr = vaddr;
    __sync_synchronize();   // 写屏障：确保其他核能看到 addr

    tlb_ack_count = 0;
    __sync_synchronize();

    lapic_send_ipi_others(TLB_SHOOTDOWN_VECTOR);   // 广播 IPI

    while (tlb_ack_count < online)   // 等所有 AP 应答
        __asm__ volatile("pause");

    __asm__ volatile("invlpg (%0)" :: "r"(vaddr) : "memory");  // 本核也刷新
}

ap_online_count 只有在 AP 真正开中断后才增加，确保发 IPI 时 AP 能响应。

接收方（AP 的中断处理）

void tlb_shootdown_handler(void) {
    uint64_t addr = tlb_shootdown_addr;
    if (addr == TLB_FLUSH_ALL_VADDR)
        __asm__ volatile("mov %%cr3, %%rax; mov %%rax, %%cr3" ::: "rax", "memory");
    else
        __asm__ volatile("invlpg (%0)" :: "r"(addr) : "memory");
    __sync_fetch_and_add(&tlb_ack_count, 1);   // 原子 ack
    lapic_eoi();
}

IPI 广播

LAPIC ICR 支持 “All Excluding Self” shorthand（ICR[19:18] = 11b），一条写操作发给所有其他核，不需要循环：

void lapic_send_ipi_others(uint8_t vector) {
    lapic_write(LAPIC_ICR_HI, 0);
    lapic_write(LAPIC_ICR_LO, 0x000C0000 | vector);
}

页表锁

TLB Shootdown 只解决了"失效通知"的问题，还需要一把锁防止并发修改页表：

spinlock_t vmm_lock = SPINLOCK_INIT;

exec 整个页表构建过程持锁：

spin_lock(&vmm_lock);
new_pml4 = vmm_create_page_table();
elf_load_into(new_pml4, ...);
current->pml4 = new_pml4;
spin_unlock(&vmm_lock);

sched_tick 在 vmm_switch 前也持锁，防止切换到正在构建中的页表。

AP 开中断的时序

AP 必须先开中断，再增加 ap_online_count：

void ap_main(void) {
    // ...初始化...
    lapic_timer_init();
    __asm__ volatile("sti");                      // 先开中断
    __sync_fetch_and_add(&ap_online_count, 1);    // 再增加计数
    for (;;) __asm__ volatile("hlt");
}

顺序不能反。如果先增加计数，BSP 可能立刻发 TLB shootdown IPI，但 AP 还没开中断，无法响应，BSP 就会一直等待 ack 而死锁。

内存屏障

__sync_synchronize() 是全内存屏障，相当于 mfence，作用有两个：

  1. 编译器屏障：防止编译器把屏障前后的读写重排
  2. 硬件屏障：确保屏障前的写操作对其他核心可见

在 TLB Shootdown 里，必须保证"写 tlb_shootdown_addr“对所有 AP 可见后，才发送 IPI。没有屏障的话，IPI 可能先到，AP 读到的 addr 还是旧值。

调试过程

实现过程中遇到了一个死锁：lapic_init() 里调用 vmm_map_page 映射 LAPIC MMIO，而 vmm_map_page 里有 TLB shootdown 逻辑。AP 还没开中断，BSP 发 IPI 等 AP ack，AP 没法响应，死锁。

修复：tlb_shootdown 检查 ap_online_count，为 0 时直接走单核路径，不发 IPI。AP 开中断并增加计数后，才会进入多核路径。

验收

[smp] all APs online
/ # ls
ls

两核均上线，AP 开中断，ls 正常运行。fork+exec 在多核下不再出现页表不一致崩溃。