10-10-12 分页机制

╄→гoц情女王★ 提交于 2020-03-17 20:41:01

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10-10-12 分页机制

1. CPU是如何通过线性地址查找物理地址的?

2. MMU是什么?

3.CPU内存管理内部大体结构框架?

4.会写、直接、不缓存什么概念?

5.CR3、PDE、PTE之间的关系?

6.用一进程的内存结构分析

7.操作系统与CPU的页密度

8.使用!vtop指令解析物理地址

9.通过挂物理页来实现0地址读写

10.修改PDE与PTE属性来实现对只读内存(字符串)的操作

11.页属性的A位、D位(Dirty脏位)与G位的说明

12.PDE的PS位(大页)

 

1. CPU是如何通过线性地址查找物理地址的?

  通过一块MMU内存控制单元

 

2. MMU是什么?

  内存管理单元,是一个模块(我们也可以看成一个函数)。

  物理地址 func(CR3,线性地址);

  其就是将线性地址按我们的步骤拆分成物理地址(10-10-12)。

 

3.CPU内存管理内部大体结构框架?

  

 

4.回写、直接、不缓存什么概念?

  三者都是针对缓存来讲的。

  1)回写:先写到缓存,等一会数据量够了再写到内存中。

  2)直写:写到缓存的同时直接写到内存中。

  3)不缓存:不经过缓存,直接写到内存中。

 

5.CR3、PDE、PTE之间的关系?

 

 

6.用一进程的内存结构分析

    将一全局变量的程序运行两份进程,地址同时打印出来,然后观察两者的PTE结构。
    结论,一个程序运行多份,挂的不是同一个物理页。
    Failed to get VadRoot
    PROCESS 815d78b0  SessionId: 0  Cid: 00fc    Peb: 7ffdf000  ParentCid: 0604
        DirBase: 18d4f000  ObjectTable: e21786b8  HandleCount:   7.
        Image: pteTest.exe
    
    Failed to get VadRoot
    PROCESS 81e96528  SessionId: 0  Cid: 00d8    Peb: 7ffd5000  ParentCid: 0604
        DirBase: 193d7000  ObjectTable: e21f4ea8  HandleCount:   7.
        Image: pteTest.exe
    
    第一种情况
    18d4f000
    18c5a000
    18943000
    18943a30 02
    
    第二种情况
    193d7000
    19670000
    1950a000
    1950aa30  02

 

7.操作系统与CPU的页密度

    操作系统以64K为单位,CPU以4K为单位。
    因此申请一块内存,最小不是4K而是一次64K,但是在内核记录时却被记录成多个4K的页的个数。

 

8.使用!vtop指令解析物理地址

对于分页的拆分,我们往往得到进程的CR3然后手动来拆分,当然如果我们熟练的话,可以直接使用!vtop指令。该指令会手动地帮助我们拆分物理地址。
    !vtop [CR3地址] [物理地址]
    使用效果:
    kd> !vtop 1a3c9000 425a30
    X86VtoP: Virt 0000000000425a30, pagedir 000000001a3c9000
    X86VtoP: PDE 000000001a3c9004 - 19f1d067 (PDE)
    X86VtoP: PTE 0000000019f1d094 - 1a286067 (PTE)
    X86VtoP: Mapped phys 000000001a286a30 (物理地址)
    Virtual address 425a30 translates to physical address 1a286a30.

 

9.通过挂物理页来实现0地址读写

线性地址0本质就是没有挂物理页,只要我们挂上物理页很容易实现
    源代码:
    #include "stdafx.h"
    int x = 123;
    int main(int argc, char* argv[])
    {
        printf("%x\n",&x);
        getchar();
        getchar();
        getchar();
        printf("%d\n",*(int*)0);
        return 0;
    }
    操作方法:通过查看变量x的地址来获取其物理页的PDE、PTE,在windbg中修改零地址对应的PDE、PTE(其实只修改PTE即可,一般就是该位置为0),然后你发现就可以读取数据并不会报错。

 

10.修改PDE与PTE属性来实现对只读内存(字符串)的操作

  注意:限制可能还被段限制,但一般是页限制,因为段一次就要限制很多,一般不会做过多限制。
    我们知道PDE与PTE的后三位代表属性,具体属性见下图:

  

   其该物理页的最终属性是 PDE & PTE 的结果。
    我们结合!vtop指令,能让本来不可写的内存改为可写,具体操作如下。
    #include "stdafx.h"
    int main(int argc, char* argv[])
    {
        char *str = "abc";
        printf("%x",str);
        getchar();
        getchar();
        getchar();
        str[0] = 'b';
        printf("%s",str);
        return 0;
    }
    其该地址 !vtop 解析的结果:
    kd> !vtop 0de1d000 423020
    X86VtoP: Virt 0000000000423020, pagedir 000000000de1d000
    X86VtoP: PDE 000000000de1d004 - 0b925067
    X86VtoP: PTE 000000000b92508c - 03014025
    X86VtoP: Mapped phys 0000000003014020
    Virtual address 423020 translates to physical address 3014020.
    通过分析可以看出是其PTE的属性加以修改和限制,我们来修改这个即可。
    !dq b92508c  03014067
    之后运行程序,就可以发现其被修改。

 

11.页属性的A位、D位(Dirty脏位)与G位的说明

  TLB存储缓存时当写满了会进行优化,然后找到最差的将其删除,来空出位置添加新的。
    A表示访问,D表示写入,G表示不可删除。
    TLB表中存在A位与D位的计数索引,来达到优化的目的,但是如果G位为1,则及时其是性能最差的,其CPU也不会将其从TLB中删除的。

 

 

12.PDE的PS位(大页)

    大页是以4M为一个单位,当你一次申请100M的内存时,其可能给你分配个大页。
    当遇到大页时,其没有PTE,后面22位就是偏移地址,在PDE的基础上来计算其偏移地址就好,这很好理解。

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