首页 未命名正文

虚地址转换为物理地址

admin001 未命名 2008-12-01 135 1

一、 与页相关的数据结构及宏的定义     分页机制是硬件对分页的支持,这是虚拟内存管理的硬件基础。要想使这种硬件机制充分发挥其功能,必须有相应软件的支持,我们来看一下Linux所定义的一些主要数据结构,其分布在include/asm-i386/目录下的page.hpgtable.hpgtable-2level.h三个文件中。  1. 表项的定义    如上所述,PGDPMDPT表的表项都占4个字节,因此,把它们定义为无符号长整数,分别叫做pgd_tpmd_tpte_t(pte Page table Entry),在page.h中定义如下:     typedef struct { unsignedlong pte_low; } pte_t;     typedef struct { unsignedlong pmd; } pmd_t; typedef struct { unsigned long pgd; }pgd_t;     typedefstruct { unsigned long pgprot; } pgprot_t;     可以看出,Linux没有把这几个类型直接定义长整数而是定义为一个结构,这是为了让gcc在编译时进行更严格的类型检查。另外,还定义了几个宏来访问这些结构的成分,这也是一种面向对象思想的体现:    #definepte_val(x)      ((x).pte_low)    #define pmd_val(x)     ((x).pmd)    #define pgd_val(x)      ((x).pgd)       从图2.13可以看出,对这些表项应该定义成位段,但内核并没有这样定义,而是定义了一个页面保护结构pgprot_t和一些宏:    typedefstruct { unsigned long pgprot; } pgprot_t;    #definepgprot_val(x)   ((x).pgprot)   字段pgprot的值与图2.13表项的低12位相对应,其中的9位对应09位,在pgtalbe.h中定义了对应的宏:   #define _PAGE_PRESENT   0x001     #define _PAGE_RW        0x002   #define _PAGE_USER      0x004   #define _PAGE_PWT       0x008   #define _PAGE_PCD       0x010   #define _PAGE_ACCESSED  0x020   #define _PAGE_DIRTY     0x040   #define _PAGE_PSE       0x080  /* 4 MB (or 2MB) page, Pentium+, if present.. */   #define _PAGE_GLOBAL    0x100  /* Global TLB entry PPro+ */     在你阅读源代码的过程中你能体会到,把标志位定义为宏而不是位段更有利于编码。     另外,页目录表及页表在pgtable.h中定义如下:      externpgd_t swapper_pg_dir[1024];      externunsigned long pg0[1024];      swapper_pg_dir为临时页目录表,是在内核编译的过程中被静态初始化的。pg0为初始化过程中使用的一临时页表。  2.线性地址域的定义             (1)页偏移量的位数   #define PAGE_SHIFT      12   #define PAGE_SIZE       (1UL << PAGE_SHIFT)      #define PTRS_PER_PTE    1024   #define PAGE_MASK       (~(PAGE_SIZE-1))    其中PAGE_SHIFT宏定义了页偏移量的位数为12,因此页大小PAGE_SIZE2124096字节; PTRS_PER_PTE为页表的项数;最后PAGE_MASK值定义为0xfffff000,用以屏蔽掉偏移量域的所有位(12位)。 (2)PGDIR_SHIFT    #define PGDIR_SHIFT     22    #define PTRS_PER_PGD    1024    #define PGDIR_SIZE      (1UL << PGDIR_SHIFT)    #define PGDIR_MASK      (~(PGDIR_SIZE-1))    PGDIR_SHIFT是页表所能映射区域线性地址的位数,它的值为2212位的偏移量加上10位的页表);PTRS_PER_PGD为页目录目录项数;PGDIR_SIZE为页目录的大小,222,即4MBPGDIR_MASK0xffc00000,用于屏蔽偏移量位与页表域的所有位。 3PMD_SHIFT #definePMD_SHIFT       22 #definePTRS_PER_PMD    1    PMD_SHIFT为中间目录表映射的地址位数,其值也为22,但是对于两级页表结构,让其目录项个数为1,这就使得中间目录在指针序列中的位置被保存,以便同样的代码在32位系统和64位系统下都能使用。后面的讨论我们不再提及中间目录。   3  对页目录及页表的处理    page.hpgtable.hpgtable-2level.h三个文件中还定义有大量的宏,用以对页目录、页表及表项的处理,我们在此介绍一些主要的宏和函数。     3.1.表项值的确定    staticinline int pgd_none(pgd_t pgd)          { return 0; }    staticinline int pgd_present(pgd_t pgd)       { return 1; }       #definepte_present(x)  ((x).pte_low &(_PAGE_PRESENT | _PAGE_PROTNONE))      pgd_none()函数直接返回0,表示尚未为这个页目录建立映射,所以页目录项为空。pgd_present()函数直接返回1,表示映射虽然还没有建立,但页目录所映射的页表肯定存在于内存(即页表必须一直在内存)。 pte_present宏的值为10,表示P标志位。如果页表项不为0,但标志位为0,则表示映射已经建立,但所映射的物理页面不在内存。   3.2. 清相应表的表项:   #definepgd_clear(xp)                          do { } while (0)   #definepte_clear(xp)   do { set_pte(xp,__pte(0)); } while (0)   pgd_clear宏实际上什么也不做,定义它可能是为了保持编程风格的一致。pte_clear就是把0写到页表表项中。  3.3.对页表表项标志值进行操作的宏。  这些宏的代码在pgtable.h文件中,表2.2给出宏名及其功能。   2.2 对页表表项标志值进行操作的宏及其功能

       宏名      

功能

  
  Set_pte()      把一个具体的值写入表项   
  Pte_read()      返回User/Supervisor标志值(由此可以得知是否可以在用户态下访问此页)   
  Pte _write()      如果Present标志和Read/Write标志都为1,则返回1(此页是否存在并可写)   
  Pte _exec()      返回User/Supervisor标志值   
  Pte _dirty()      返回Dirty标志的值(说明此页是否被修改过)   
  Pte _young()      返回Accessed标志的值(说明此页是否被存取过)    
  Pte _wrprotect()      清除Read/Write标志   
  Pte _rdprotect()      清除User/Supervisor标志   
  Pte _mkwrite      设置Read/Write标志   
  Pte _mkread      设置User/Supervisor标志   
  Pte _mkdirty()      Dirty标志置1   
  Pte _mkclean()      Dirty标志置0   
  Pte _mkyoung      Accessed标志置1   
  Pte _mkold()      Accessed标志置0   
  Pte _modify(p,v)      把页表表项p的所有存取权限设置为指定的值v   
  mk_pte()      把一个线性地址和一组存取权限合并来创建一个32位的页表表项   
  pte _pte_phys()      把一个物理地址与存取权限合并来创建一个页表表项   
  pte _page()      从页表表项返回页的线性地址   
       实际上页表的处理是一个复杂的过程,在这里我们仅仅让读者对软硬件如何结合起来有一个初步的认识。 三、模块编程举例 结合上面的介绍,我们编写一个内核模块,把一个给定的虚地址转换为内存的物理地址: /***************************************************************** 文件名:mem.c 输入参数: pid 接收待查询进程的PID va 接收待查询的虚拟地址 *****************************************************************/ #include #include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE("GPL"); static int pid; static unsigned long va; module_param(pid,int,0644); module_param(va,ulong,0644); static int find_pgd_init(void) {         unsigned long pa = 0;         struct task_struct *pcb_tmp = NULL;         pgd_t *pgd_tmp = NULL;         pud_t *pud_tmp = NULL;         pmd_t *pmd_tmp = NULL;         pte_t *pte_tmp = NULL;         printk(KERN_INFO"PAGE_OFFSET = 0x%lx\n",PAGE_OFFSET);         printk(KERN_INFO"PGDIR_SHIFT = %d\n",PGDIR_SHIFT);         printk(KERN_INFO"PUD_SHIFT = %d\n",PUD_SHIFT);         printk(KERN_INFO"PMD_SHIFT = %d\n",PMD_SHIFT);         printk(KERN_INFO"PAGE_SHIFT = %d\n",PAGE_SHIFT);         printk(KERN_INFO"PTRS_PER_PGD = %d\n",PTRS_PER_PGD);         printk(KERN_INFO"PTRS_PER_PUD = %d\n",PTRS_PER_PUD);         printk(KERN_INFO"PTRS_PER_PMD = %d\n",PTRS_PER_PMD);         printk(KERN_INFO"PTRS_PER_PTE = %d\n",PTRS_PER_PTE);         printk(KERN_INFO"PAGE_MASK = 0x%lx\n",PAGE_MASK);         if(!(pcb_tmp = find_task_by_pid(pid))) {                 printk(KERN_INFO"Can't find the task %d .\n",pid);                 return 0;         }         printk(KERN_INFO"pgd = 0x%p\n",pcb_tmp->mm->pgd);                 /* 判断给出的地址va是否合法(va<vm_end)*/         if(!find_vma(pcb_tmp->mm,va)){                 printk(KERN_INFO"virt_addr 0x%lx not available.\n",va);                 return 0;         }         pgd_tmp = pgd_offset(pcb_tmp->mm,va);         printk(KERN_INFO"pgd_tmp = 0x%p\n",pgd_tmp);         printk(KERN_INFO"pgd_val(*pgd_tmp) = 0x%lx\n",pgd_val(*pgd_tmp));         if(pgd_none(*pgd_tmp)){                 printk(KERN_INFO"Not mapped in pgd.\n");                         return 0;         }         pud_tmp = pud_offset(pgd_tmp,va);         printk(KERN_INFO"pud_tmp = 0x%p\n",pud_tmp);         printk(KERN_INFO"pud_val(*pud_tmp) = 0x%lx\n",pud_val(*pud_tmp));         if(pud_none(*pud_tmp)){                 printk(KERN_INFO"Not mapped in pud.\n");                 return 0;         }         pmd_tmp = pmd_offset(pud_tmp,va);         printk(KERN_INFO"pmd_tmp = 0x%p\n",pmd_tmp);         printk(KERN_INFO"pmd_val(*pmd_tmp) = 0x%lx\n",pmd_val(*pmd_tmp));         if(pmd_none(*pmd_tmp)){                 printk(KERN_INFO"Not mapped in pmd.\n");                 return 0;         }         /*在这里,把原来的pte_offset_map()改成了pte_offset_kernel*/         pte_tmp = pte_offset_kernel(pmd_tmp,va);         printk(KERN_INFO"pte_tmp = 0x%p\n",pte_tmp);         printk(KERN_INFO"pte_val(*pte_tmp) = 0x%lx\n",pte_val(*pte_tmp));         if(pte_none(*pte_tmp)){                 printk(KERN_INFO"Not mapped in pte.\n");                 return 0;         }         if(!pte_present(*pte_tmp)){                 printk(KERN_INFO"pte not in RAM.\n");                 return 0;         }         pa = (pte_val(*pte_tmp) & PAGE_MASK) |(va & ~PAGE_MASK);         printk(KERN_INFO"virt_addr 0x%lx in RAM is 0x%lx .\n",va,pa);         printk(KERN_INFO"contect in 0x%lx is 0x%lx\n",pa,                 *(unsigned long *)((char *)pa + PAGE_OFFSET));                                                                  return 0; } static void  find_pgd_exit(void) {         printk(KERN_INFO"Goodbye!\n"); } module_init(find_pgd_init); module_exit(find_pgd_exit); 测试:打开gedit, 再打开任务管理器,查看gedit的进程号pid=12749, 右键查看其内存映射,找到一个有效的虚拟地址va=0xb8041000,然后: sudo insmod mem.ko pid=12749 va=0xb8041000 如果你的内核是2.6.24以后的,需要将find_task_by_pid改为find_task_by_vpid 。 结果:pid=12749 va=0xb8041000.

版权声明

本文仅代表作者观点,不代表本站立场。
本文系作者授权发表,未经许可,不得转载。

评论

精彩评论