Linux虚拟内存地址转化成物理内存地址-物理内存虚拟内存

[[197961]]

背景

现代手机这种SOC(system on chip)，因为功耗、Modem等功能soc上集成了很多core,他们还可以是独立的系统在运转。

比如ADSP简介ADSP(Application Digital Signal Processing)就是高通的Hexagon DSP ,就是独立运转的一个core+system。这样做不仅可以使用soc上的专用核处理专业的事情，比如上面说的ADSP就可以处理音频解码，当然它的DSP特性还可以处理sensor融合算法，比起通用处理器(cortex a72 a53 a17 a9 a8这些核)处理效率更高，更省电。

当然出于成本因素我们不会为它单独焊上一个内存颗粒，它共享了主存的一部分，比如从地址0xc0000000 - 0xc0100000 1MB的空间，此时内核(Linux运行在通用处理器上)将不再触碰这块内存。

但是多核共享同一个地址空间也有个弊端，就是如果程序有问题(野指针，数组越界)可能会写别的core管理的内存空间，这样给我们带来的问题就是程序的值莫名其妙的被改变了。我们为了排查这种问题，才考虑把应用程序的虚拟地址转化为物理地址，进行print debug以便于统一分析。

实现

kernel 在2.6.25的时候加入了这样一个功能/proc/self/pagemap 也就是在每个进程的/proc里面都有一个pagemap通过读取里面的内容就可以算出当前虚拟地址对应的物理页，然后加入page_offset就可以知道当前虚拟地址对应的物理地址。

pagemap需要你的应用有root权限才能使用。

#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> 
 
// 参考 
 
// 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); 
 
} 
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
103.
104.
105.
106.
107.
108.
109.
110.
111.
112.
113.
114.
115.
116.
117.
118.
119.
120.
121.

如何验证

你需要开启kernel如下模块

CONFIG_DEVMEM=y

关闭如下模块

CONFIG_STRICT_DEVMEM=n

一般的Android 都有/system/bin/r(源码在system/core/toolbox/r.c)这个命令，这个命令类似devmem之类的嵌入式工具，通过/dev/mem(物理内存)mmap来读取物理内存的值，当然你也可以修改该地址的值

上面的例子他们通过getchar() 阻止程序的运行，以便你有足够的时间来敲/system/bin/r命令和参数

命令用法，上面的例子我们取了一个栈上变量的虚拟地址，转换成物理地址。然后你就可以通过/system/bin/r来读取和修改这个地址的值了。

读取0x9a6f0b20地址的值

adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 
1.

修改0x9a6f0b20地址的值为0xffbbccaa

adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 0xffbbccaa 
1.

源码可以直接git clone git@github.com:green130181/kernel-study.git

工程里的 pagemap直接拷贝到aosp的任意目录

然后aosp的根目录执行

source build/envsetup.sh 
 
lunch "your select" 
 
cd pagemap dir 
 
mm 
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

之后adb push 到你的机器，即可开始验证。

当然还有很多先进的比如ramdump　Trace32来实现内存地址查看，不过上面的对于一个应用来讲足够轻量级，够用就好!