linux 虚拟内存地址转化成物理内存地址背景实现如何验证

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
// http://blog.csdn.net/crazycoder8848/article/details/38958075
// 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*):%lun", sizeof(unsigned long), sizeof(unsigned long*));
    mem_addr_vir2phy(vir, &phy);
    fprintf(stderr, "1 vir:0x%lx, phy: 0x%lx getchar to continuen", vir, phy);
    getchar();
    a = 0x11111111;
    fprintf(stderr, "2 vir:0x%lx, phy: 0x%lx getchar to continuen", vir, phy);
    getchar();
    fprintf(stderr, "3 vir:0x%lx, phy: 0x%lx a:0x%lxn", vir, phy, a);
}

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
　修改0x9a6f0b20地址的值为0xffbbccaa
  adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 0xffbbccaa

　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

　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！
欢迎大家批评指正。

最后

以上就是称心百褶裙为你收集整理的linux 虚拟内存地址转化成物理内存地址背景实现如何验证的全部内容，希望文章能够帮你解决linux 虚拟内存地址转化成物理内存地址背景实现如何验证所遇到的程序开发问题。

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