Linux虛擬內存地址轉化成物理內存地址
背景
現代手機這種SOC(system on chip)，因為功耗、Modem等功能soc上集成了很多core,他們還可以是獨立的系統在運轉。
比如ADSP簡介ADSP(Application Digital Signal Processing)就是高通的Hexagon DSP ,就是獨立運轉的一個core+system。這樣做不僅可以使用soc上的專用核處理專業的事情，比如上面說的ADSP就可以處理音頻解碼，當然它的DSP特性還可以處理sensor融合算法，比起通用處理器(cortex a72 a53 a17 a9 a8這些核)處理效率更高，更省電。
當然出于成本因素我們不會為它單獨焊上一個內存顆粒，它共享了主存的一部分，比如從地址0xc0000000 - 0xc0100000 1MB的空間，此時內核(Linux運行在通用處理器上)將不再觸碰這塊內存。
但是多核共享同一個地址空間也有個弊端，就是如果程序有問題(野指針，數組越界)可能會寫別的core管理的內存空間，這樣給我們帶來的問題就是程序的值莫名其妙的被改變了。我們為了排查這種問題，才考慮把應用程序的虛擬地址轉化為物理地址，進行print debug以便于統一分析。
實現
kernel 在2.6.25的時候加入了這樣一個功能/proc/self/pagemap 也就是在每個進程的/proc里面都有一個pagemap通過讀取里面的內容就可以算出當前虛擬地址對應的物理頁，然后加入page_offset就可以知道當前虛擬地址對應的物理地址。
pagemap需要你的應用有root權限才能使用。
- #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>
- // 參考
- // 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);
- }
如何驗證
你需要開啟kernel如下模塊
CONFIG_DEVMEM=y
關閉如下模塊
CONFIG_STRICT_DEVMEM=n
一般的Android 都有/system/bin/r(源碼在system/core/toolbox/r.c)這個命令，這個命令類似devmem之類的嵌入式工具，通過/dev/mem(物理內存)mmap來讀取物理內存的值，當然你也可以修改該地址的值
上面的例子他們通過getchar() 阻止程序的運行，以便你有足夠的時間來敲/system/bin/r命令和參數
命令用法，上面的例子我們取了一個棧上變量的虛擬地址，轉換成物理地址。然后你就可以通過/system/bin/r來讀取和修改這個地址的值了。
讀取0x9a6f0b20地址的值
- adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20
修改0x9a6f0b20地址的值為0xffbbccaa
- adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 0xffbbccaa
源碼可以直接git clone git@github.com:green130181/kernel-study.git
工程里的 pagemap直接拷貝到aosp的任意目錄
然后aosp的根目錄執行
- source build/envsetup.sh
- lunch "your select"
- cd pagemap dir
- mm
之后adb push 到你的機器，即可開始驗證。
當然還有很多先進的比如ramdump Trace32來實現內存地址查看，不過上面的對于一個應用來講足夠輕量級，夠用就好!
