NetBSD ドキュメンテーション: なぜ伝統的な vfork()を実装したのか

vfork() は、子プロセスがいずれ他のプログラムを exec()し、かつ親プロセスはそれが起きるまで待っているという、特別な状況で用いるために設計されたものです。伝統的な fork() では、子プロセスに親プロセスのすべてのページを複製するという著しいオーバーヘッドが生じます。

COW (コピーオンライト)が追加された Mach VM システムでは fork() の負荷が大変軽くなり、 BSD 4.4では vfork()は fork() と同義のものとされました。 NetBSD 1.3 以降では、伝統的な vfork() が再実装されました。

UVMで COW をよりよいものにするために多大な努力がおこなわれました。しかしアドレス空間を共有する vfork()が いまだに 勝ることが分かったのです。これにより、200MHz PPro での libcのビルドの所要時間を数秒削ることができます。

親の vm_map をたどって、アドレス空間の書き込み可能な部分を COW とマークする。これは、 pmapを呼び出し、 PTEを修正し、 TLBをフラッシュすることを意味します。
子プロセスの vm_map を生成し、親の vm_map エントリーを子の vm_mapにコピーします。場合によっては、 pmapを呼び出して親のページテーブルからこのページテーブルに PTE をコピーします。
親をブロックします。
子が走ります。 PTEがコピー されてない場合には、ページフォルトが起きて現在プログラムカウンタのあるテキストページの物理マッピングが得られます。
子は exec し、そして作られたばかりのアドレス空間全体を unmapして新しく作ります。これは、親の vm_mapを辿って COWとマークされた部分を非COWにする作業を伴います。
親のブロックを解きます。
親が走り、以前には R/W であって COWにするために R/Oとマークしたデータを変更するとページフォルトを起こします。この時点ではデータのコピーは行なわれません。

このように、fork してさらに execするような場合には、明らかに後者がより高速です。たとえ良い COWアルゴリズムを使っているとしても、仮想空間を共有する場合と比べて大変多くの作業を行なわねばなりません!

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