用户态进程如何得到虚拟地址对应的物理地址?

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    用户态进程如何得到虚拟地址对应的物理地址?

    发布日期:2022-08-07 10:15    点击次数:107

    一般我们不需要从用户态得到进程虚拟地址对应的物理地址,因为一般来说用户进程是完全不关心物理地址的。

    少数应用场景下,用户可能会关心,比如在用户态做DMA的场景(如DPDK之类的)。还有一些场景,比如想调试剖析每一页的内存占用情况,是否swap出去了等。

    从用户态得到虚拟地址对应的物理地址,我们不可能去walk进程的page table,也没有权限。不过还好内核给我们提供了一个接口,叫pagemap,而且,这个接口与硬件的体系架构无关。在/proc/pid/下面有个文件叫pagemap,它会每个page,生成了一个64bit的描述符, 沙宝亮老婆来描述虚拟地址这一页对应的物理页帧号或者SWAP里面的便宜,详见文档:

    linux/Documentation/admin-guide/mm/pagemap.rst

    这64bit的描述如下:

     

    不同的体系架构的MMU不同,页表格式也不同,但是pagemap这个接口与具体页表的格式无关,可以说都被抽象化了。

    下面我们忽略swap的影响(假设关闭了swap或者page一直是pin的状态),从DPDK抄一段虚拟地址转换为物理地址的代码:

    #define phys_addr_t     uint64_t #define PFN_MASK_SIZE   8  phys_addr_t rte_mem_virt2phy(const void *virtaddr) {         int fd,新闻中心 retval;         uint64_t page, physaddr;         unsigned long virt_pfn;         int page_size;         off_t offset;          /* standard page size */         page_size = getpagesize();          fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);         if (fd < 0) {                  ...         }          virt_pfn = (unsigned long)virtaddr / page_size;         offset = sizeof(uint64_t) * virt_pfn;         if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) == (off_t) -1) {                 ...                 return -1;         }          retval = read(fd, &page, PFN_MASK_SIZE);         close(fd);         ...          /*          * the pfn (page frame number) are bits 0-54 (see          * pagemap.txt in linux Documentation)          */         if ((page & 0x7fffffffffffffULL) == 0)                 return -1;          physaddr = ((page & 0x7fffffffffffffULL) * page_size)                 + ((unsigned long)virtaddr % page_size);          return physaddr; } 

    最后的一步是关键的计算过程:

    physaddr = ((page & 0x7fffffffffffffULL) * page_size)                 + ((unsigned long)virtaddr % page_size); 

    page & 0x7fffffffffffffULL取得了页帧号(PFN),乘以页的size得到这页起始的物理地址,之后加上virtaddr % page_size的页内偏移,得到最终的物理地址。

    我们来实操一下调用上面的函数完成地址转化:

    int main(int argc, char *argv[]) {   uint8_t *p = malloc(1024 * 1024);    *(p + 4096) = 10;   printf("virt:%p phys:%p\n", p + 4096, rte_mem_virt2phy(p + 4096));    *(p + 2 * 4096) = 10;   printf("virt:%p phys:%p\n", p + 2 * 4096, rte_mem_virt2phy(p + 2 * 4096)); } 

    运行结果如下:

    ~$ sudo ./a.out  virt:0x7f81e402a010 phys:0x2b601010 virt:0x7f81e402b010 phys:0x3ceec010 

    内核态实现pagemap proc接口的代码位于:

    fs/proc/task_mmu.c 

    其中比较核心的函数是把PTE转换为pagemap_entry的过程,有兴趣的童鞋可以仔细阅读下:

     

     

    特别留意画红线的位置,可以知道pagemap里面的那些flag是怎么被置上的。

    本文转载自微信公众号「Linux阅码场」,可以通过以下二维码关注。转载本文请联系Linux阅码场公众号。   

     



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