线性地址转物理地址

时间：2016-04-05 11:06:44 春健736由分享

线性地址转物理地址

　　逻辑地址，需要转换成线性地址，再经过MMU(CPU中的内存管理单元)转换成物理地址才能够被访问到。那么线性地址怎么转物理地址?今天学习啦小编整理了线性地址转物理地址的相关资料，希望对大家有帮助。

　　线性地址转物理地址

学习啦在线学习网　　线性地址(Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程式代码会产生逻辑地址，或说是段中的偏移地址，加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机制，那么线性地址能再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。Intel 80386的线性地址空间容量为4G(2的32次方即32根地址总线寻址)。

学习啦在线学习网　　详细说下虚拟地址的转换。

学习啦在线学习网　　首先，来看下内核为一个进程建立页目录和页表以及线性空间的函数。这个函数原型是：

　　VOID

学习啦在线学习网　　MiInitMachineDependent (

　　IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock

　　)

　　位于init386.c的762行，这个函数太长了，挑选部分如下：

学习啦在线学习网　　PointerPte = MiGetPdeAddress (PDE_BASE);

学习啦在线学习网　　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

学习啦在线学习网　　mov DirBase, eax

　　}

　　// Note cr3 must be 32-byte aligned.

　　ASSERT ((DirBase & 0x1f) == 0);

学习啦在线学习网　　// Initialize the PaeTop for this process right away.

　　RtlCopyMemory ((PVOID) &MiSystemPaeVa,

　　(PVOID) (KSEG0_BASE | DirBase),

学习啦在线学习网　　sizeof (MiSystemPaeVa));

学习啦在线学习网　　CurrentProcess->PaeTop = &MiSystemPaeVa;

　　#else

　　DirBase = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte) << PAGE_SHIFT;

　　#endif

学习啦在线学习网　　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);这句获得一个页表的指针。

　　PDE_BASE是页目录的基址，这个宏的定义如下：(i386.h 1968行)

学习啦在线学习网　　#define PDE_BASE_X86 0xc0300000

　　#define PDE_BASE_X86PAE 0xc0600000

学习啦在线学习网　　#define PTE_TOP_X86 0xC03FFFFF

　　#define PDE_TOP_X86 0xC0300FFF

　　#define PTE_TOP_X86PAE 0xC07FFFFF

　　#define PDE_TOP_X86PAE 0xC0603FFF

学习啦在线学习网　　#if !defined (_X86PAE_)

学习啦在线学习网　　#define PDE_BASE PDE_BASE_X86

学习啦在线学习网　　#define PTE_TOP PTE_TOP_X86

　　#define PDE_TOP PDE_TOP_X86

　　#else

学习啦在线学习网　　#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或者开启了PAE(奔腾往后都支持，默认开启)，那么一个进程页目录的基址为0xc0600000，这个在dbg调试的时候也可以看到，如

　　kd> !pte 0000

学习啦在线学习网　　VA 00000000 (虚拟地址)

　　PDE at C0600000 PTE at C0000000

　　contains 0000000002B40067 contains 0000000000000000

　　pfn 2b40 ---DA--UWEV not valid

　　再来看这个MiGetPdeAddress ，他是个宏，定义如下：(mi386.h 1889行)

学习啦在线学习网　　#define MiGetPdeAddress(va) ((PMMPTE)(((((ULONG)(va)) >> 22) << 2) + PDE_BASE))

　　可以看出他是取线性地址的最高10位，再左移2位，加上页目录的基址，得到该线性地址在该进程的页目录的索引，而该处存放的就是其对应的页表索引，第二句:

　　PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);

学习啦在线学习网　　MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE 这个宏(mi386.h 2542行)的定义如下:

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

学习啦在线学习网　　他是直接取该页表对应的物理内存的地址。到这里，CPU就可以访问到实际的物理内存了。

学习啦在线学习网　　剩下的工作就是把cr3寄存器的内容赋给dirbase，再把dirbase赋给进程pcb的DirectoryTableBase项，这个在windbg调试的时候我说过了。后面再把该进程的低2G的用户空间清零。

　　我举个例子，咱来一步步转换。(我关闭了PAE，关闭方法，网上找，xp sp3)

　　假如线性地址为7c920000，这个地址一般加载的是进程的ntdll文件，首先把它转换成二进制，我在windbg里做，如下：

学习啦在线学习网　　kd> .formats 7c920000

学习啦在线学习网　　Evaluate expression:

学习啦在线学习网　　Hex: 7c920000

　　Decimal: 2089943040

　　Octal: 17444400000

　　Binary: 01111100 10010010 00000000 00000000

学习啦在线学习网　　Chars: |...

　　Time: Mon Mar 24 11:44:00 2036

　　Float: low 6.0646e+036 high 0

　　Double: 1.03257e-314

学习啦在线学习网　　可以看到高10位为01111100 10十六进制为0x1f2,

学习啦在线学习网　　01111100 10 ->0x1F2按照上面的宏，0x1F2在左移2位，为0x7C8,加上PDE的基址C0300000,结果为C03007C8,我们在windbg里看下，如下：

　　kd> !pte 7c920000

　　VA 7c920000

　　PDE at C03007C8 PTE at C01F2480

　　contains 03793067 contains 03791025

学习啦在线学习网　　pfn 3793 ---DA--UWEV pfn 3791 ----A--UREV

学习啦在线学习网　　可以看到，结果是吻合的，下面我们来算页表，按照上面的说法，一个进程的页目录可以达到1024项(2的10次方)，而每项都是4字节，所以一个进程的页目录大小为4096bytes(4k)，同理，一个页表的大小也为4096bytes(4k)，而每一个页目录项对应一个4k大小的页表，所以，页表项的地址可以这么算：

　　PTE = 页表基址+(页目录项索引 × 一个页表的大小) + (页表索引 × 每一个页表项的大小)

　　由上面的宏定义知道在关了PAE的情况下页表的基址PTE_BASE为0xc0000000,一个页表项的大小也为4字节。而该线性地址的中间10位为010010 0000十六进制为0x120,所以，该线性地址对应的页表地址为：

　　PTE = 0xC0000000 + (0x1F2 * 0x1000) + (0x120 * 0x4) = 0xC01F2480.和上面windbg显示的数据是一样的。

学习啦在线学习网　　在windbg里看下该处的内容为

学习啦在线学习网　　kd> dd C01F2480

　　c01f2480 03791025 00000000 00000000 04157025

学习啦在线学习网　　该页表处的内容为0x03791025 ,其中，如果了解页表结构的话，其高20位为该页表指向的物理内存，为0x3791,再加上线性地址的末12位偏移，所以该线性地址对应的实际物理地址为：0X37910000.

　　到这里就算完了。

　　补充：

　　内核定义的页表的数据结构如下：

学习啦在线学习网　　typedef struct _MMPTE {

　　union {

　　ULONG Long;

　　HARDWARE_PTE Flush;

　　MMPTE_HARDWARE Hard;

　　MMPTE_PROTOTYPE Proto;

　　MMPTE_SOFTWARE Soft;

　　MMPTE_TRANSITION Trans;

　　MMPTE_SUBSECTION Subsect;

学习啦在线学习网　　MMPTE_LIST List;

　　} u;

学习啦在线学习网　　} MMPTE;

　　typedef MMPTE *PMMPTE;

学习啦在线学习网　　typedef struct _MMPTE_HARDWARE {

　　ULONG Valid : 1;

　　#if defined(NT_UP)

学习啦在线学习网　　ULONG Write : 1; // UP version

　　#else

　　ULONG Writable : 1; // changed for MP version

　　#endif

学习啦在线学习网　　ULONG Owner : 1;

　　ULONG WriteThrough : 1;

　　ULONG CacheDisable : 1;

学习啦在线学习网　　ULONG Accessed : 1;

　　ULONG Dirty : 1;

学习啦在线学习网　　ULONG LargePage : 1;

　　ULONG Global : 1;

　　ULONG CopyOnWrite : 1; // software field

学习啦在线学习网　　ULONG Prototype : 1; // software field

学习啦在线学习网　　#if defined(NT_UP)

　　ULONG reserved : 1; // software field

　　#else

　　ULONG Write : 1; // software field - MP change

　　#endif

学习啦在线学习网　　ULONG PageFrameNumber : 20;

　　} MMPTE_HARDWARE, *PMMPTE_HARDWARE;

学习啦在线学习网　　可以看出上面那个取物理地址的宏直接取的就是PageFrameNumber ，也就是该地址内容的高20位。

学习啦在线学习网　　而在!pte命令在还显示了一些大些字母，如D，A，W，U之类的，也在该结构中有所显示。

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