Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

时间:2021-11-28 17:32:07

*如果让你编写一个程序,来获取虚拟地址对应的物理地址。。你会试着操作MMU吗。。→_→*

  1. Linux文件目录中的/proc记录着当前进程的信息,称其为虚拟文件系统。在/proc下有一个链接目录名为self,这意味着哪一个进程打开了它,self中存储的信息就是所链接进程的。self中有一个名为pagemap的文件,专门用来记录所链接进程的物理页号信息。这样通过/proc/pid/pagemap文件,允许一个用户态的进程查看到每个虚拟页映射到的物理页

  2. /proc/pid/pagemap中的每一项都包含了一个64位的值,这个值内容如下所示。每一项的映射方式不同于真正的虚拟地址映射,其文件中遵循独立的对应关系,即虚拟地址相对于0x0经过的页面数是对应项在文件中的偏移量

    * /proc/pid/pagemap.  This file lets a userspace process find out which
    physical frame each virtual page is mapped to. It contains one 64-bit
    value for each virtual page, containing the following data (from
    fs/proc/task_mmu.c, above pagemap_read):

    * Bits 0-54 page frame number (PFN) if present//present为1时,bit0-54表示物理页号
    * Bits 0-4 swap type if swapped
    * Bits 5-54 swap offset if swapped
    * Bit 55 pte is soft-dirty (see Documentation/vm/soft-dirty.txt)
    * Bit 56 page exclusively mapped (since 4.2)
    * Bits 57-60 zero
    * Bit 61 page is file-page or shared-anon (since 3.5)
    * Bit 62 page swapped
    * Bit 63 page present//如果为1,表示当前物理页在内存中;为0,表示当前物理页不在内存中
  3. 在计算物理地址时,只需要找到虚拟地址的对应项,再通过对应项中的bit63判断此物理页是否在内存中,若在内存中则对应项中的物理页号加上偏移地址,就能得到物理地址

  4. 通过程序获取物理地址并验证写时拷贝技术


    #include <stdio.h>


    #include <stdlib.h>


    #include <sys/types.h>


    #include <unistd.h>


    #include <sys/stat.h>


    #include <fcntl.h>


    #include <stdint.h>


    //计算虚拟地址对应的地址,传入虚拟地址vaddr,通过paddr传出物理地址
    void mem_addr(unsigned long vaddr, unsigned long *paddr)
    {
    int pageSize = getpagesize();//调用此函数获取系统设定的页面大小

    unsigned long v_pageIndex = vaddr / pageSize;//计算此虚拟地址相对于0x0的经过的页面数
    unsigned long v_offset = v_pageIndex * sizeof(uint64_t);//计算在/proc/pid/page_map文件中的偏移量
    unsigned long page_offset = vaddr % pageSize;//计算虚拟地址在页面中的偏移量
    uint64_t item = 0;//存储对应项的值

    int fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);。。以只读方式打开/proc/pid/page_map
    if(fd == -1)//判断是否打开失败
    {
    printf("open /proc/self/pagemap error\n");
    return;
    }

    if(lseek(fd, v_offset, SEEK_SET) == -1)//将游标移动到相应位置,即对应项的起始地址且判断是否移动失败
    {
    printf("sleek error\n");
    return;
    }

    if(read(fd, &item, sizeof(uint64_t)) != sizeof(uint64_t))//读取对应项的值,并存入item中,且判断读取数据位数是否正确
    {
    printf("read item error\n");
    return;
    }

    if((((uint64_t)1 << 63) & item) == 0)//判断present是否为0
    {
    printf("page present is 0\n");
    return ;
    }

    uint64_t phy_pageIndex = (((uint64_t)1 << 55) - 1) & item;//计算物理页号,即取item的bit0-54

    *paddr = (phy_pageIndex * pageSize) + page_offset;//再加上页内偏移量就得到了物理地址
    }

    const int a = 100;//全局常量

    int main()
    {
    int b = 100;//局部变量
    static c = 100;//局部静态变量
    const int d = 100;//局部常量
    char *str = "Hello World!";

    unsigned long phy = 0;//物理地址

    char *p = (char*)malloc(100);//动态内存

    int pid = fork();//创建子进程
    if(pid == 0)
    {
    //p[0] = '1';//子进程中修改动态内存
    mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
    printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x\n", getpid(), &a, phy);
    }
    else
    {
    mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
    printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x\n", getpid(), &a, phy);
    }

    sleep(100);
    free(p);
    waitpid();
    return 0;
    }

    测试结果如下:

    • 全局常量:符合写时拷贝技术
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

    • 局部变量:不符合写时拷贝技术。原因分析,有可能是物理页上的其他数据被改动,导致拷贝出一个新物理页面
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

    • 局部静态变量:不符合写时拷贝技术。原因分析,有可能是物理页上的其他数据被改动,导致拷贝出一个新物理页面
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

    • 局部常量:不符合写时拷贝技术。原因分析,有可能是物理页上的其他数据被改动,导致拷贝出一个新物理页面
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

    • 字符串:符合写时拷贝技术
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

    • 动态内存:符合写时拷贝技术
      子进程不修改动态内存
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址
      子进程修改动态内存
      Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

*其实想要知道虚拟地址对应的物理地址,通过这样的方式也可以得到物理地址而不用操作MMU。。。*