1.uvmcopy
根據提示，首先要修改uvmcopy() ，把子進程的虛擬地址映射到父進程的物理頁表上，同時清理父子進程頁表上的PTE_W位。這里還是比較簡單的，先根據要求，嘗試一下寫出代碼：
獲取父進程每頁對應的PTE表項，清除掉父進程的PTE_W位，提取出它的flag，在給子進程的虛擬地址建立頁表映射的時候使用這個flag，這樣子進程的各個PTE和父進程就相同了。
2.usertrap
然后根據提示，我們需要修改usertrap() 函數，當遇到page fault時要為子進程新分配一個頁並更新映射。
首先要明確幾點：當發生page fault時，引發page fault的地址存儲在寄存器stval中，引發pagefault的原因存儲在寄存器scause中，引發page fault的指令地址在sepc中。因為父子進程已經是共用數據了，因此使用if(r_scause()==15)來判斷是不是出現了page fault。（反正是只用15沒問題）嘗試實現處理COW操作的函數（不是最終版）：
首先記得做好錯誤檢測，如果傳入了非法地址要及時退出。make grade是真的會測試非法地址的！然后使用walk()得到指向stval所在頁表的指針，如果得到的不是有效地址也要及時返回。使用kalloc()分配一個頁，其地址賦值給pa2，page fault頁的物理地址賦值給pa1。注意kalloc()不能保證一定能分配出一塊內存，所以要記得檢測pa2是不是0，如果分配不出來內存要退出。
最后使用memmove直接復制本頁所有內容，然后使用PA2PTE宏來創建頁表項，並打開所有的PTE位，存入剛剛walk()得到的內存地址中，這樣就覆蓋了原來的表項。
3.reference count
在COW中，會出現大量的多個虛擬地址對應同一個物理頁表的情況。如果某一個進程亂釋放物理頁表，會導致其他進程的頁表也被釋放。所以需要對每一個頁表都設置引用計數。初始狀態計數默認為1。調用kfree()釋放內存時，先把計數減去1，再檢查計數，如果為0，說明這個頁表已經是徹底沒用了，可以直接釋放。（這就像ext文件系統里的inode一樣）
按照提示，在kalloc.c里初始化一個數組int refcount[PHYSTOP/PGSIZE]，初始化為0。PHYSTOP是xv6可用的全部內存值，因此refcount存儲了所有頁表的計數。
修改kalloc()，在這里初始化計數為1：
void *
kalloc(void)
{
struct run *r;
acquire(&kmem.lock);
r = kmem.freelist;
if(r)
{
int pn=(uint64)r/PGSIZE;
if(refcount[pn]!=0)
panic("ref kalloc");
refcount[pn]=1;
kmem.freelist = r->next;
}
release(&kmem.lock);
if(r)
memset((char*)r, 5, PGSIZE); // fill with junk
return (void*)r;
}記得錯誤檢查：如果計數不為0，說明這個空閑頁表被引用，必然是出現了嚴重的bug，直接打出panic。還要注意，refcount顯然是所有進程共有的，為了避免出現race condition，一定要在鎖中操作。
修改kfree()：
void
kfree(void *pa)
{
struct run *r;
if(((uint64)pa % PGSIZE) != 0 || (char*)pa < end || (uint64)pa >= PHYSTOP)
panic("kfree");
acquire(&kmem.lock);
int pn=(uint64)pa/PGSIZE;
if(refcount[pn]<1)
panic("kfree ref");
refcount[pn]-=1;
int tmp=refcount[pn];
release(&kmem.lock);
if(tmp>0)
return;
// Fill with junk to catch dangling refs.
memset(pa, 1, PGSIZE);
r = (struct run*)pa;
acquire(&kmem.lock);
r->next = kmem.freelist;
kmem.freelist = r;
release(&kmem.lock);
}只要有函數調用kfree()，就說明需要對頁表pa的refcount減去1。注意錯誤處理：如果refcount已經是0，說明系統出現了多次釋放同一塊內存的bug。減完之后再檢測一下refcount是不是0，如果是0則釋放即可。記得訪問refcount的時候要加鎖。
現在make qemu一下，xv6竟然不能boot，為什么呢？因為系統在boot時調用了kinit()初始化內存，kinit()調用freerange()，而freerange()使用了kfree()來清空內存。這時的refcount是0，已經是空閑頁了，kfree()無法釋放它。因此需要修改freerange()：
void
freerange(void *pa_start, void *pa_end)
{
char *p;
p = (char*)PGROUNDUP((uint64)pa_start);
for(; p + PGSIZE <= (char*)pa_end; p += PGSIZE)
{
refcount[(uint64)p/PGSIZE]=1;
kfree(p);
}
}
4.使用reference count
每當一個進程fork()一次，它每個頁表的reference count都應該加1，因為有一個子進程使用了它的物理頁表。因此可以設計一個incref函數用來給refcount+1：
void incref(uint64 pa)
{
int pn=pa/PGSIZE;
acquire(&kmem.lock);
if(pa>PHYSTOP||refcount[pn]<1)
panic("incref");
refcount[pn]+=1;
release(&kmem.lock);
}修改uvmcopy()，調用incref(pa)，每mappage一次都需要增加一次計數：
int
uvmcopy(pagetable_t old, pagetable_t new, uint64 sz)
{
pte_t *pte;
uint64 pa, i;
uint flags;
//char *mem;
for(i = 0; i < sz; i += PGSIZE){
if((pte = walk(old, i, 0)) == 0)
panic("uvmcopy: pte should exist");
if((*pte & PTE_V) == 0)
panic("uvmcopy: page not present");
pa = PTE2PA(*pte);
*pte=(*pte)&~PTE_W;
flags = PTE_FLAGS(*pte);
// if((mem = kalloc()) == 0)
// goto err;
// memmove(mem, (char*)pa, PGSIZE);
incref(pa);
if(mappages(new, i, PGSIZE, (uint64)pa, flags) != 0){
//kfree(mem);
goto err;
}
}
return 0;現在如果直接執行cowtest的話會出現內存不足的bug。因為在COW操作完成之后，子進程不再和父進程共用發生過page fault的頁表，因此父進程中原來的頁表引用需要減去1。還要修改cowfault()，對父進程的頁表進行一次kfree()操作來減少一次引用計數：
int cowfault(pagetable_t pagetable,uint64 va)
{
if(va>=MAXVA)
return -1;
pte_t *pte=walk(pagetable,va,0);
if(pte==0)
return -1;
//檢測地址是否合法
if((*pte&PTE_U)==0||(*pte&PTE_V)==0)
return -1;
uint64 pa1=PTE2PA(*pte);
uint64 pa2=(uint64)kalloc();
if(pa2==0)
{
printf("kalloc failed\n");
return -1;
}
memmove((void*)pa2,(void*)pa1,PGSIZE);
*pte=PA2PTE(pa2)|PTE_V|PTE_U|PTE_R|PTE_W|PTE_X;
kfree((void*)pa1);
return 0;
}5.copyout
按照提示，我們需要給copyout()增加COW的功能。首先要獲取dstva所在頁表的虛擬地址va0和表項pte。如果此頁表的PTE_W是無效的不允許寫入，則需要COW創建一個新的頁表給子進程寫入。有了前面的代碼，我們可以直接調用cowfault為va0分配一個新的獨立頁。
這時va0對應的表項已經被更新，對應的物理地址已經被改變，所以使用PTE2PA獲取新分配的物理地址，稍后傳給memmove()。
int
copyout(pagetable_t pagetable, uint64 dstva, char *src, uint64 len)
{
uint64 n, va0, pa0;
while(len > 0){
va0 = PGROUNDDOWN(dstva);
if(va0>=MAXVA)
return -1;
pa0 = walkaddr(pagetable, va0);
pte_t* pgfault=walk(pagetable,va0,0);
if(pgfault==0||(*pgfault&PTE_V)==0||(*pgfault&PTE_U)==0)
return -1;
if(pa0 == 0)
return -1;
if((*pgfault&PTE_W)==0)
{
if(cowfault(pagetable,va0)<0)
{
return -1;
}
}
pa0=PTE2PA(*pgfault);
n = PGSIZE - (dstva - va0);
if(n > len)
n = len;
memmove((void *)(pa0 + (dstva - va0)), src, n);
len -= n;
src += n;
dstva = va0 + PGSIZE;
}
return 0;
}這里還是要注意錯誤處理！注意va0是否合法，pgfault是否存在，如果存在PTE_U和PTE_V是否合法，cowfault是否能正常返回。