Linux虛擬內(nèi)存地址轉(zhuǎn)化成物理內(nèi)存地址
背景
現(xiàn)代手機(jī)這種SOC(system on chip)，因?yàn)楣摹odem等功能soc上集成了很多core,他們還可以是獨(dú)立的系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)。
比如ADSP簡(jiǎn)介ADSP(Application Digital Signal Processing)就是高通的Hexagon DSP ,就是獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)core+system。這樣做不僅可以使用soc上的專用核處理專業(yè)的事情，比如上面說(shuō)的ADSP就可以處理音頻解碼，當(dāng)然它的DSP特性還可以處理sensor融合算法，比起通用處理器(cortex a72 a53 a17 a9 a8這些核)處理效率更高，更省電。
當(dāng)然出于成本因素我們不會(huì)為它單獨(dú)焊上一個(gè)內(nèi)存顆粒，它共享了主存的一部分，比如從地址0xc0000000 - 0xc0100000 1MB的空間，此時(shí)內(nèi)核(Linux運(yùn)行在通用處理器上)將不再觸碰這塊內(nèi)存。
但是多核共享同一個(gè)地址空間也有個(gè)弊端，就是如果程序有問(wèn)題(野指針，數(shù)組越界)可能會(huì)寫別的core管理的內(nèi)存空間，這樣給我們帶來(lái)的問(wèn)題就是程序的值莫名其妙的被改變了。我們?yōu)榱伺挪檫@種問(wèn)題，才考慮把應(yīng)用程序的虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址，進(jìn)行print debug以便于統(tǒng)一分析。
實(shí)現(xiàn)
kernel 在2.6.25的時(shí)候加入了這樣一個(gè)功能/proc/self/pagemap 也就是在每個(gè)進(jìn)程的/proc里面都有一個(gè)pagemap通過(guò)讀取里面的內(nèi)容就可以算出當(dāng)前虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理頁(yè)，然后加入page_offset就可以知道當(dāng)前虛擬地址對(duì)應(yīng)的物理地址。
pagemap需要你的應(yīng)用有root權(quán)限才能使用。
- #include <errno.h>
- #include <stdio.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <string.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <stdint.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/stat.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <unistd.h>
- #include <sys/mman.h>
- // 參考
- // https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/pagemap.txt
- #define page_map_file "/proc/self/pagemap"
- #define PFN_MASK ((((uint64_t)1)<<55)-1)
- #define PFN_PRESENT_FLAG (((uint64_t)1)<<63)
- int mem_addr_vir2phy(unsigned long vir, unsigned long *phy)
- {
- int fd;
- int page_size=getpagesize();
- unsigned long vir_page_idx = vir/page_size;
- unsigned long pfn_item_offset = vir_page_idx*sizeof(uint64_t);
- uint64_t pfn_item;
- fd = open(page_map_file, O_RDONLY);
- if (fd<0)
- {
- fprintf(stderr, "open %s failed", page_map_file);
- return -1;
- }
- if ((off_t)-1 == lseek(fd, pfn_item_offset, SEEK_SET))
- {
- fprintf(stderr, "lseek %s failed", page_map_file);
- return -1;
- }
- if (sizeof(uint64_t) != read(fd, &pfn_item, sizeof(uint64_t)))
- {
- fprintf(stderr, "read %s failed", page_map_file);
- return -1;
- }
- if (0==(pfn_item & PFN_PRESENT_FLAG))
- {
- fprintf(stderr, "page is not present");
- return -1;
- }
- *phy = (pfn_item & PFN_MASK)*page_size + vir % page_size;
- return 0;
- }
- int main(int argc, char* argv[]) {
- unsigned long a = 0xffbbccaa;
- unsigned long vir = reinterpret_cast<unsigned long>(&a);
- unsigned long phy = 0;
- fprintf(stderr, "sizeof(unsigned long):%lu, sizeof(unsigned long*):%lu\n", sizeof(unsigned long), sizeof(unsigned long*));
- mem_addr_vir2phy(vir, &phy);
- fprintf(stderr, "1 vir:0x%lx, phy: 0x%lx getchar to continue\n", vir, phy);
- getchar();
- a = 0x11111111;
- fprintf(stderr, "2 vir:0x%lx, phy: 0x%lx getchar to continue\n", vir, phy);
- getchar();
- fprintf(stderr, "3 vir:0x%lx, phy: 0x%lx a:0x%lx\n", vir, phy, a);
- }
如何驗(yàn)證
你需要開(kāi)啟kernel如下模塊
CONFIG_DEVMEM=y
關(guān)閉如下模塊
CONFIG_STRICT_DEVMEM=n
一般的Android 都有/system/bin/r(源碼在system/core/toolbox/r.c)這個(gè)命令，這個(gè)命令類似devmem之類的嵌入式工具，通過(guò)/dev/mem(物理內(nèi)存)mmap來(lái)讀取物理內(nèi)存的值，當(dāng)然你也可以修改該地址的值
上面的例子他們通過(guò)getchar() 阻止程序的運(yùn)行，以便你有足夠的時(shí)間來(lái)敲/system/bin/r命令和參數(shù)
命令用法，上面的例子我們?nèi)×艘粋€(gè)棧上變量的虛擬地址，轉(zhuǎn)換成物理地址。然后你就可以通過(guò)/system/bin/r來(lái)讀取和修改這個(gè)地址的值了。
讀取0x9a6f0b20地址的值
- adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20
修改0x9a6f0b20地址的值為0xffbbccaa
- adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 0xffbbccaa
源碼可以直接git clone git@github.com:green130181/kernel-study.git
工程里的 pagemap直接拷貝到aosp的任意目錄
然后aosp的根目錄執(zhí)行
- source build/envsetup.sh
- lunch "your select"
- cd pagemap dir
- mm
之后adb push 到你的機(jī)器，即可開(kāi)始驗(yàn)證。
當(dāng)然還有很多先進(jìn)的比如ramdump Trace32來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存地址查看，不過(guò)上面的對(duì)于一個(gè)應(yīng)用來(lái)講足夠輕量級(jí)，夠用就好!
