从零写OS（十八）：fork 与 Copy-on-Write

Fri, 08 May 2026 00:00:00 +0000

上一章每个进程有了自己的地址空间。这一章实现 fork()——创建一个子进程，继承父进程的全部内存。

最朴素的 fork 实现

fork 的语义是"完整复制当前进程"。最直接的做法：遍历父进程页表，找到每一个物理页，分配新页，复制 4096 字节内容，给子进程建新映射。

能用，但很浪费。大多数 fork() 之后会紧接着 exec()——旧内存根本用不上，全拷了白拷。进程堆如果有几十 MB，每次 fork 都要等好几毫秒。

CoW 的思路是：fork 时不复制，让父子共享同一批物理页；等到谁要写，再给他一份新的。

实现上分两步：

第一步：fork 时打标记

遍历父进程用户页表，对每一页做两件事：

子进程页表复制同一个物理页地址，同样只读 + CoW。

fork 后：
  父进程 → PT → 物理页 0xA000  (只读, CoW)
                    ↑ 共享
  子进程 → PT → 物理页 0xA000  (只读, CoW)

注意一个关键细节：PDPT/PD/PT 这三级结构页必须为子进程单独分配。如果父子共用同一棵结构树，后续 vmm_map_page 修改子进程时会把父进程的 PT 一起改掉，隔离失效。数据页可以共享，结构页不能。

另一个细节：改完父进程页表后必须刷新 TLB。否则 CPU 缓存里还是旧的可写映射，父进程写该页不会触发 fault，CoW 形同虚设。