線性地址轉(zhuǎn)物理地址
線性地址轉(zhuǎn)物理地址
邏輯地址，需要轉(zhuǎn)換成線性地址，再經(jīng)過(guò)MMU(CPU中的內(nèi)存管理單元)轉(zhuǎn)換成物理地址才能夠被訪問(wèn)到。那么線性地址怎么轉(zhuǎn)物理地址?今天學(xué)習(xí)啦小編整理了線性地址轉(zhuǎn)物理地址的相關(guān)資料，希望對(duì)大家有幫助。
線性地址轉(zhuǎn)物理地址
線性地址(Linear Address) 是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層。程式代碼會(huì)產(chǎn)生邏輯地址，或說(shuō)是段中的偏移地址，加上相應(yīng)段的基地址就生成了一個(gè)線性地址。如果啟用了分頁(yè)機(jī)制，那么線性地址能再經(jīng)變換以產(chǎn)生一個(gè)物理地址。若沒有啟用分頁(yè)機(jī)制，那么線性地址直接就是物理地址。Intel 80386的線性地址空間容量為4G(2的32次方即32根地址總線尋址)。
詳細(xì)說(shuō)下虛擬地址的轉(zhuǎn)換。
首先，來(lái)看下內(nèi)核為一個(gè)進(jìn)程建立頁(yè)目錄和頁(yè)表以及線性空間的函數(shù)。這個(gè)函數(shù)原型是：
VOID
MiInitMachineDependent (
IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock
)
位于init386.c的762行，這個(gè)函數(shù)太長(zhǎng)了，挑選部分如下：
PointerPte = MiGetPdeAddress (PDE_BASE);
PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);
CurrentProcess = PsGetCurrentProcess ();
#if defined(_X86PAE_)
PrototypePte.u.Soft.PageFileHigh = MI_PTE_LOOKUP_NEEDED;
_asm {
mov eax, cr3
mov DirBase, eax
}
//
// Note cr3 must be 32-byte aligned.
//
ASSERT ((DirBase & 0x1f) == 0);
//
// Initialize the PaeTop for this process right away.
//
RtlCopyMemory ((PVOID) &MiSystemPaeVa,
(PVOID) (KSEG0_BASE | DirBase),
sizeof (MiSystemPaeVa));
CurrentProcess->PaeTop = &MiSystemPaeVa;
#else
DirBase = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte) << PAGE_SHIFT;
#endif
CurrentProcess->Pcb.DirectoryTableBase[0] = DirBase;
KeSweepDcache (FALSE);
//
// Unmap the low 2Gb of memory.
//
PointerPde = MiGetPdeAddress (0);
LastPte = MiGetPdeAddress (KSEG0_BASE);
MiZeroMemoryPte (PointerPde, LastPte - PointerPde);
第一句：PointerPte = MiGetPdeAddress (PDE_BASE);這句獲得一個(gè)頁(yè)表的指針。
PDE_BASE是頁(yè)目錄的基址，這個(gè)宏的定義如下：(i386.h 1968行)
#define PDE_BASE_X86 0xc0300000
#define PDE_BASE_X86PAE 0xc0600000
#define PTE_TOP_X86 0xC03FFFFF
#define PDE_TOP_X86 0xC0300FFF
#define PTE_TOP_X86PAE 0xC07FFFFF
#define PDE_TOP_X86PAE 0xC0603FFF
#if !defined (_X86PAE_)
#define PDE_BASE PDE_BASE_X86
#define PTE_TOP PTE_TOP_X86
#define PDE_TOP PDE_TOP_X86
#else
#define PDE_BASE PDE_BASE_X86PAE
#define PTE_TOP PTE_TOP_X86PAE
#define PDE_TOP PDE_TOP_X86PAE
#endif
#define PTE_BASE 0xc0000000
可以看出，如果CPU支持PAE或者開啟了PAE(奔騰往后都支持，默認(rèn)開啟)，那么一個(gè)進(jìn)程頁(yè)目錄的基址為0xc0600000，這個(gè)在dbg調(diào)試的時(shí)候也可以看到，如
kd> !pte 0000
VA 00000000 (虛擬地址)
PDE at C0600000 PTE at C0000000
contains 0000000002B40067 contains 0000000000000000
pfn 2b40 ---DA--UWEV not valid
再來(lái)看這個(gè)MiGetPdeAddress ，他是個(gè)宏，定義如下：(mi386.h 1889行)
#define MiGetPdeAddress(va) ((PMMPTE)(((((ULONG)(va)) >> 22) << 2) + PDE_BASE))
可以看出他是取線性地址的最高10位，再左移2位，加上頁(yè)目錄的基址，得到該線性地址在該進(jìn)程的 頁(yè)目錄的索引，而該處存放的就是其對(duì)應(yīng)的頁(yè)表索引，第二句:
PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);
MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE 這個(gè)宏(mi386.h 2542行)的定義如下:
#define MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE(PTE) ((PTE)->u.Hard.PageFrameNumber)
他是直接取該頁(yè)表對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存的地址。到這里，CPU就可以訪問(wèn)到實(shí)際的物理內(nèi)存了。
剩下的工作就是把cr3寄存器的內(nèi)容賦給dirbase，再把dirbase賦給進(jìn)程pcb的DirectoryTableBase項(xiàng)，這個(gè)在windbg調(diào)試的時(shí)候我說(shuō)過(guò)了。后面再把該進(jìn)程的低2G的用戶空間清零。
我舉個(gè)例子，咱來(lái)一步步轉(zhuǎn)換。(我關(guān)閉了PAE，關(guān)閉方法，網(wǎng)上找，xp sp3)
假如線性地址為7c920000，這個(gè)地址一般加載的是進(jìn)程的ntdll文件，首先把它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，我在windbg里做，如下：
kd> .formats 7c920000
Evaluate expression:
Hex: 7c920000
Decimal: 2089943040
Octal: 17444400000
Binary: 01111100 10010010 00000000 00000000
Chars: |...
Time: Mon Mar 24 11:44:00 2036
Float: low 6.0646e+036 high 0
Double: 1.03257e-314
可以看到高10位為01111100 10十六進(jìn)制為0x1f2,
01111100 10 ->0x1F2按照上面的宏，0x1F2在左移2位，為0x7C8,加上PDE的基址C0300000,結(jié)果為C03007C8,我們?cè)趙indbg里看下，如下：
kd> !pte 7c920000
VA 7c920000
PDE at C03007C8 PTE at C01F2480
contains 03793067 contains 03791025
pfn 3793 ---DA--UWEV pfn 3791 ----A--UREV
可以看到，結(jié)果是吻合的，下面我們來(lái)算頁(yè)表，按照上面的說(shuō)法，一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)目錄可以達(dá)到1024項(xiàng)(2的10次方)，而每項(xiàng)都是4字節(jié)，所以一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)目錄大小為4096bytes(4k)，同理，一個(gè)頁(yè)表的大小也為4096bytes(4k)，而每一個(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)4k大小的頁(yè)表，所以，頁(yè)表項(xiàng)的地址可以這么算：
PTE = 頁(yè)表基址+(頁(yè)目錄項(xiàng)索引 × 一個(gè)頁(yè)表的大小) + (頁(yè)表索引 × 每一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)的大小)
由上面的宏定義知道在關(guān)了PAE的情況下頁(yè)表的基址PTE_BASE為0xc0000000,一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)的大小也為4字節(jié)。而該線性地址的中間10位為010010 0000十六進(jìn)制為0x120,所以，該線性地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)表地址為：
PTE = 0xC0000000 + (0x1F2 * 0x1000) + (0x120 * 0x4) = 0xC01F2480.和上面windbg顯示的數(shù)據(jù)是一樣的。
在windbg里看下該處的內(nèi)容為
kd> dd C01F2480
c01f2480 03791025 00000000 00000000 04157025
該頁(yè)表處的內(nèi)容為0x03791025 ,其中，如果了解頁(yè)表結(jié)構(gòu)的話，其高20位為該頁(yè)表指向的物理內(nèi)存，為0x3791,再加上線性地址的末12位偏移，所以該線性地址對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理地址為：0X37910000.
到這里就算完了。
補(bǔ)充：
內(nèi)核定義的頁(yè)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：
typedef struct _MMPTE {
union {
ULONG Long;
HARDWARE_PTE Flush;
MMPTE_HARDWARE Hard;
MMPTE_PROTOTYPE Proto;
MMPTE_SOFTWARE Soft;
MMPTE_TRANSITION Trans;
MMPTE_SUBSECTION Subsect;
MMPTE_LIST List;
} u;
} MMPTE;
typedef MMPTE *PMMPTE;
typedef struct _MMPTE_HARDWARE {
ULONG Valid : 1;
#if defined(NT_UP)
ULONG Write : 1; // UP version
#else
ULONG Writable : 1; // changed for MP version
#endif
ULONG Owner : 1;
ULONG WriteThrough : 1;
ULONG CacheDisable : 1;
ULONG Accessed : 1;
ULONG Dirty : 1;
ULONG LargePage : 1;
ULONG Global : 1;
ULONG CopyOnWrite : 1; // software field
ULONG Prototype : 1; // software field
#if defined(NT_UP)
ULONG reserved : 1; // software field
#else
ULONG Write : 1; // software field - MP change
#endif
ULONG PageFrameNumber : 20;
} MMPTE_HARDWARE, *PMMPTE_HARDWARE;
可以看出上面那個(gè)取物理地址的宏直接取的就是PageFrameNumber ，也就是該地址內(nèi)容的高20位。
而在!pte命令在還顯示了一些大些字母，如D，A，W，U之類的，也在該結(jié)構(gòu)中有所顯示。
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