線性地址轉物理地址

時間：2016-04-05 11:06:44 春健736由分享

線性地址轉物理地址

　　邏輯地址，需要轉換成線性地址，再經過MMU(CPU中的內存管理單元)轉換成物理地址才能夠被訪問到。那么線性地址怎么轉物理地址?今天學習啦小編整理了線性地址轉物理地址的相關資料，希望對大家有幫助。

　　線性地址轉物理地址

　　線性地址(Linear Address) 是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層。程式代碼會產生邏輯地址，或說是段中的偏移地址，加上相應段的基地址就生成了一個線性地址。如果啟用了分頁機制，那么線性地址能再經變換以產生一個物理地址。若沒有啟用分頁機制，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)。

　　詳細說下虛擬地址的轉換。

　　首先，來看下內核為一個進程建立頁目錄和頁表以及線性空間的函數。這個函數原型是：

　　VOID

　　MiInitMachineDependent (

　　IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock

　　)

　　位于init386.c的762行，這個函數太長了，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);這句獲得一個頁表的指針。

　　PDE_BASE是頁目錄的基址，這個宏的定義如下：(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，默認開啟)，那么一個進程頁目錄的基址為0xc0600000，這個在dbg調試的時候也可以看到，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

　　再來看這個MiGetPdeAddress ，他是個宏，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，加上頁目錄的基址，得到該線性地址在該進程的頁目錄的索引，而該處存放的就是其對應的頁表索引，第二句:

　　PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);

　　MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE 這個宏(mi386.h 2542行)的定義如下:

　　#define MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE(PTE) ((PTE)->u.Hard.PageFrameNumber)

　　他是直接取該頁表對應的物理內存的地址。到這里，CPU就可以訪問到實際的物理內存了。

　　剩下的工作就是把cr3寄存器的內容賦給dirbase，再把dirbase賦給進程pcb的DirectoryTableBase項，這個在windbg調試的時候我說過了。后面再把該進程的低2G的用戶空間清零。

　　我舉個例子，咱來一步步轉換。(我關閉了PAE，關閉方法，網上找，xp sp3)

　　假如線性地址為7c920000，這個地址一般加載的是進程的ntdll文件，首先把它轉換成二進制，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,結果為C03007C8,我們在windbg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，結果是吻合的，下面我們來算頁表，按照上面的說法，一個進程的頁目錄可以達到1024項(2的10次方)，而每項都是4字節，所以一個進程的頁目錄大小為4096bytes(4k)，同理，一個頁表的大小也為4096bytes(4k)，而每一個頁目錄項對應一個4k大小的頁表，所以，頁表項的地址可以這么算：

　　PTE = 頁表基址+(頁目錄項索引 × 一個頁表的大小) + (頁表索引 × 每一個頁表項的大小)

　　由上面的宏定義知道在關了PAE的情況下頁表的基址PTE_BASE為0xc0000000,一個頁表項的大小也為4字節。而該線性地址的中間10位為010010 0000十六進制為0x120,所以，該線性地址對應的頁表地址為：

　　PTE = 0xC0000000 + (0x1F2 * 0x1000) + (0x120 * 0x4) = 0xC01F2480.和上面windbg顯示的數據是一樣的。

　　在windbg里看下該處的內容為

　　kd> dd C01F2480

　　c01f2480 03791025 00000000 00000000 04157025

　　該頁表處的內容為0x03791025 ,其中，如果了解頁表結構的話，其高20位為該頁表指向的物理內存，為0x3791,再加上線性地址的末12位偏移，所以該線性地址對應的實際物理地址為：0X37910000.

　　到這里就算完了。

　　補充：

　　內核定義的頁表的數據結構如下：

　　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;

　　可以看出上面那個取物理地址的宏直接取的就是PageFrameNumber ，也就是該地址內容的高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，也在該結構中有所顯示。

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