Linux下如何在进程中获取虚拟地址对应的物理地址

*如果让你编写一个程序，来获取虚拟地址对应的物理地址。。你会试着操作MMU吗。。→_→*

1. Linux文件目录中的/proc记录着当前进程的信息，称其为虚拟文件系统。在/proc下有一个链接目录名为self，这意味着哪一个进程打开了它，self中存储的信息就是所链接进程的。self中有一个名为pagemap的文件，专门用来记录所链接进程的物理页号信息。这样通过/proc/pid/pagemap文件，允许一个用户态的进程查看到每个虚拟页映射到的物理页

2. /proc/pid/pagemap中的每一项都包含了一个64位的值，这个值内容如下所示。每一项的映射方式不同于真正的虚拟地址映射，其文件中遵循独立的对应关系，即虚拟地址相对于0x0经过的页面数是对应项在文件中的偏移量

   * /proc/pid/pagemap.  This file lets a userspace process find out which
      physical frame each virtual page is mapped to.  It contains one 64-bit
      value for each virtual page, containing the following data (from
      fs/proc/task_mmu.c, above pagemap_read):
   
       * Bits 0-54  page frame number (PFN) if present//present为1时，bit0-54表示物理页号
       * Bits 0-4   swap type if swapped
       * Bits 5-54  swap offset if swapped
       * Bit  55    pte is soft-dirty (see Documentation/vm/soft-dirty.txt)
       * Bit  56    page exclusively mapped (since 4.2)
       * Bits 57-60 zero
       * Bit  61    page is file-page or shared-anon (since 3.5)
       * Bit  62    page swapped
       * Bit  63    page present//如果为1，表示当前物理页在内存中；为0，表示当前物理页不在内存中

3. 在计算物理地址时，只需要找到虚拟地址的对应项，再通过对应项中的bit63判断此物理页是否在内存中，若在内存中则对应项中的物理页号加上偏移地址，就能得到物理地址

4. 通过程序获取物理地址并验证写时拷贝技术

   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   #include 
   
   
   //计算虚拟地址对应的地址，传入虚拟地址vaddr，通过paddr传出物理地址
   void mem_addr(unsigned long vaddr, unsigned long *paddr)
   {
       int pageSize = getpagesize();//调用此函数获取系统设定的页面大小
   
       unsigned long v_pageIndex = vaddr / pageSize;//计算此虚拟地址相对于0x0的经过的页面数
       unsigned long v_offset = v_pageIndex * sizeof(uint64_t);//计算在/proc/pid/page_map文件中的偏移量
       unsigned long page_offset = vaddr % pageSize;//计算虚拟地址在页面中的偏移量
       uint64_t item = 0;//存储对应项的值
   
       int fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);。。以只读方式打开/proc/pid/page_map
       if(fd == -1)//判断是否打开失败
       {
           printf("open /proc/self/pagemap error\n");
           return;
       }
   
       if(lseek(fd, v_offset, SEEK_SET) == -1)//将游标移动到相应位置，即对应项的起始地址且判断是否移动失败
       {
           printf("sleek error\n");
           return; 
       }
   
       if(read(fd, &item, sizeof(uint64_t)) != sizeof(uint64_t))//读取对应项的值，并存入item中，且判断读取数据位数是否正确
       {
           printf("read item error\n");
           return;
       }
   
       if((((uint64_t)1 << 63) & item) == 0)//判断present是否为0
       {
           printf("page present is 0\n");
           return ;
       }
   
       uint64_t phy_pageIndex = (((uint64_t)1 << 55) - 1) & item;//计算物理页号，即取item的bit0-54
   
       *paddr = (phy_pageIndex * pageSize) + page_offset;//再加上页内偏移量就得到了物理地址
   }
   
   const int a = 100;//全局常量
   
   int main()
   {
       int b = 100;//局部变量
       static c = 100;//局部静态变量
       const int d = 100;//局部常量
       char *str = "Hello World!";
   
       unsigned long phy = 0;//物理地址
   
       char *p = (char*)malloc(100);//动态内存
   
       int pid = fork();//创建子进程
       if(pid == 0)
       {
           //p[0] = '1';//子进程中修改动态内存
           mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
           printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x\n", getpid(), &a, phy);
       }
       else
       { 
           mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
           printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x\n", getpid(), &a, phy);
       }
   
       sleep(100);
       free(p);
       waitpid();
       return 0;
   }
   

   测试结果如下：

   • 全局常量：符合写时拷贝技术
     

   • 局部变量：不符合写时拷贝技术。原因分析，有可能是物理页上的其他数据被改动，导致拷贝出一个新物理页面
     

   • 局部静态变量：不符合写时拷贝技术。原因分析，有可能是物理页上的其他数据被改动，导致拷贝出一个新物理页面
     

   • 局部常量：不符合写时拷贝技术。原因分析，有可能是物理页上的其他数据被改动，导致拷贝出一个新物理页面
     

   • 字符串：符合写时拷贝技术
     

   • 动态内存：符合写时拷贝技术
     子进程不修改动态内存
     
     子进程修改动态内存
     

*其实想要知道虚拟地址对应的物理地址，通过这样的方式也可以得到物理地址而不用操作MMU。。。*