fork() 中的写时复制如何处理多个 fork？

Question

根据维基百科（这可能是错误的）

当发出 fork() 系统调用时，会创建与父进程对应的所有页面的副本，并由操作系统为子进程加载到单独的内存位置。但在某些情况下不需要这样做。考虑这样的情况：子进程执行“ exec”系统调用（用于执行 C 程序中的任何可执行文件）或在fork().当子进程只需要执行父进程的命令时，不需要复制父进程的页面，因为exec用要执行的命令替换了调用它的进程的地址空间。

在这种情况下，会使用一种称为写入时复制 (COW) 的技术。使用此技术，当发生分叉时，不会为子进程复制父进程的页面。相反，页面在子进程和父进程之间共享。每当进程（父进程或子进程）修改页面时，都会为执行修改的进程（父进程或子进程）单独创建该特定页面的单独副本。然后，此过程将在所有将来的引用中使用新复制的页面而不是共享的页面。另一个进程（未修改共享页面的进程）继续使用该页面的原始副本（现在不再共享）。这种技术称为写时复制，因为当某个进程写入该页面时，该页面就会被复制。

似乎当任何一个进程尝试写入页面时，都会分配该页面的新副本并将其分配给生成页面错误的进程。之后原始页面被标记为可写。

我的问题是：如果fork()在任何进程尝试写入共享页面之前多次调用 ，会发生什么情况？

Answer 1

没有什么特别的事情发生。所有进程都共享同一组页面，并且每个进程在想要修改页面时都会获得自己的私有副本。

Answer 2

fork() 的行为取决于 *nix 系统是否有 MMU。在非 MMU 系统（如早期的 PDP-11）上，fork() 系统调用为每个子进程复制所有父进程的内存。在基于 MMU 的 *nix 系统上，内核将所有非堆栈页面标记为 R/O 并在父级和子级之间共享它们。然后，当任何一个进程写入任何页面时，MMU 都会捕获该尝试，然后内核分配一个可写页面并更新 MMU 页表以指向现在可写页面。这种写时复制行为提供了加速，因为最初只需要为每个子进程分配和克隆一个私有堆栈。

如果您在每次 fork() 调用之间执行一些父代码，则生成的子进程将因父进程更改的页面而有所不同。另一方面，如果父进程只是发出多个 fork() 调用（例如在循环中），则子进程将几乎相同。如果使用局部循环变量，那么每个子堆栈中的变量都会不同。

Answer 3

当系统执行分叉时，通常（这可能取决于实现）它还会将页面标记为只读，并将父进程标记为这些页面的主进程。
当尝试写入这些页面时，会发生页面错误，操作系统接管，复制整个页面列表或仅复制已更改的页面（同样，取决于实现），因此写入过程将具有可写副本。
当有多个进程从同一个进程派生时，当“主”进程写入其内存时，其他进程复制其等效页面。