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虚拟内存实践

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沙发
发表于 2015-3-22 20:14:26 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

实现目的: 通过实验了解虚拟内存


实验内容:在proc 文件系统下,我们建立一个文件,每次向这个文件写人字符时,调用相应的虚拟内存处理函数




  • /*
  • mtest_dump_vma_list():打印出当前进程的各个VMA,这个功能我们简称"listvma"
  • mtest_find_vma(): 找出某个虚地址所在的VMA,这个功能我们简称“findvma"
  • my_follow_page( ):根据页表,求出某个虚地址所在的物理页面,这个功能我们简称"findpage"
  • mtest_write_val(), 在某个地址写上具体数据,这个功能我们简称“writeval".
  • */  
  •   
  • #include <linux/module.h>  
  • #include <linux/kernel.h>  
  • #include <linux/proc_fs.h>  
  • #include <linux/string.h>  
  • #include <linux/vmalloc.h>  
  • #include <asm/uaccess.h>  
  • MODULE_LICENSE("GPL");  
  • MODULE_DESCRIPTION("Fortune Cookie Kernel Module");  
  •   
  •   
  • #include <linux/module.h>  
  • #include <linux/init.h>  
  • #include <linux/slab.h>  
  • #include <linux/mm.h>  
  • #include <linux/vmalloc.h>  
  • MODULE_LICENSE("GPL");  
  •   
  • /*
  •     @如何编写代码查看自己的进程到底有哪些虚拟区?
  •      
  • */  
  •   
  • static void mtest_dump_vma_list(void)  
  • {  
  •     struct mm_struct *mm = current->mm;  
  •     struct vm_area_struct *vma;  
  •     printk("The current process is %s/n",current->comm);  
  •     printk("mtest_dump_vma_list/n");  
  •     down_read(&mm->mmap_sem);  
  •     for (vma = mm->mmap;vma; vma = vma->vm_next) {  
  •         printk("VMA 0x%lx-0x%lx ",  
  •        vma->vm_start, vma->vm_end);  
  •         if (vma->vm_flags & VM_WRITE)  
  •             printk("WRITE ");  
  •         if (vma->vm_flags & VM_READ)  
  •             printk("READ ");  
  •         if (vma->vm_flags & VM_EXEC)  
  •             printk("EXEC ");  
  •         printk("/n");  
  •     }  
  •     up_read(&mm->mmap_sem);  
  • }  
  •   
  •   
  • /*
  •     @如果知道某个虚地址,比如,0x8049000,  
  •     又如何找到这个地址所在VMA是哪个?
  • */  
  •   
  •   
  • static void  mtest_find_vma(unsigned long addr)  
  • {  
  •     struct vm_area_struct *vma;  
  •     struct mm_struct *mm = current->mm;  
  •   
  •     printk("mtest_find_vma/n");  
  •   
  •     down_read(&mm->mmap_sem);  
  •     vma = find_vma(mm, addr);  
  •     if (vma && addr >= vma->vm_start) {  
  •         printk("found vma 0x%lx-0x%lx flag %lx for addr 0x%lx/n",  
  •             vma->vm_start, vma->vm_end, vma->vm_flags, addr);  
  •     } else {  
  •         printk("no vma found for %lx/n", addr);  
  •     }  
  •     up_read(&mm->mmap_sem);  
  • }  
  •   
  • /*
  •     @一个物理页在内核中用struct page来描述。
  •     给定一个虚存区VMA和一个虚地址addr,
  •     找出这个地址所在的物理页面page.
  • */  
  •   
  •   
  • static struct page *  
  • my_follow_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)  
  • {  
  •   
  •                 pud_t *pud;  
  •                 pmd_t *pmd;  
  •            pgd_t *pgd;            
  •                 pte_t *pte;  
  •                 spinlock_t *ptl;  
  •         struct page *page = NULL;  
  •         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;  
  •                 pgd = pgd_offset(mm, addr);  
  •                 if (pgd_none(*pgd) || unlikely(pgd_bad(*pgd))) {  
  •                         goto out;  
  •         }  
  •                 pud = pud_offset(pgd, addr);  
  •                 if (pud_none(*pud) || unlikely(pud_bad(*pud)))  
  •                         goto out;  
  •                 pmd = pmd_offset(pud, addr);  
  •                 if (pmd_none(*pmd) || unlikely(pmd_bad(*pmd))) {  
  •                         goto out;  
  •         }  
  •                 pte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, addr, &ptl);  
  •                 if (!pte)  
  •                         goto out;  
  •         if (!pte_present(*pte))  
  •             goto unlock;  
  •         page = pfn_to_page(pte_pfn(*pte));  
  •             if (!page)  
  •             goto unlock;  
  •         get_page(page);  
  • unlock:  
  •         pte_unmap_unlock(pte, ptl);  
  • out:  
  •         return page;  
  • }  
  •   
  •   
  • /*
  • @ 根据页表,求出某个虚地址所在的物理页面,
  • 这个功能我们简称"findpage"
  • */  
  •   
  • static void   mtest_find_page(unsigned long addr)  
  •   {  
  •   
  •     struct vm_area_struct *vma;  
  •     struct mm_struct *mm = current->mm;  
  •      unsigned long kernel_addr;  
  •     struct page *page;  
  •     printk("mtest_write_val/n");  
  •     down_read(&mm->mmap_sem);  
  •     vma = find_vma(mm, addr);  
  •     page = my_follow_page(vma, addr);  
  •   
  •     if (!page)   
  •     {      
  •         printk("page not found  for 0x%lx/n", addr);  
  •         goto out;  
  •   
  •     }  
  •          printk("page  found  for 0x%lx/n", addr);  
  •     kernel_addr = (unsigned long)page_address(page);  
  •       
  •         kernel_addr += (addr&~PAGE_MASK);  
  •         printk("find  0x%lx to kernel address 0x%lx/n", addr, kernel_addr);   
  •            
  •   
  •                   
  •     out:  
  •     up_read(&mm->mmap_sem);  
  •   
  • }  
  •   
  •   
  •   
  •   
  • /*
  •     @你是否有这样的想法,
  •     给某个地址写入自己所想写的数据?
  • */  
  •   
  •   
  •   
  • static void   
  • mtest_write_val(unsigned long addr, unsigned long val)  
  • {  
  •     struct vm_area_struct *vma;  
  •     struct mm_struct *mm = current->mm;  
  •     struct page *page;  
  •     unsigned long kernel_addr;  
  •     printk("mtest_write_val/n");  
  •     down_read(&mm->mmap_sem);  
  •     vma = find_vma(mm, addr);  
  •     if (vma && addr >= vma->vm_start && (addr + sizeof(val)) < vma->vm_end) {  
  •         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE)) {  
  •             printk("vma is not writable for 0x%lx/n", addr);  
  •             goto out;  
  •         }  
  •         page = my_follow_page(vma, addr);  
  •         if (!page) {      
  •             printk("page not found  for 0x%lx/n", addr);  
  •             goto out;  
  •         }  
  •          
  •         kernel_addr = (unsigned long)page_address(page);  
  •         kernel_addr += (addr&~PAGE_MASK);  
  •         printk("write 0x%lx to address 0x%lx/n", val, kernel_addr);  
  •         *(unsigned long *)kernel_addr = val;   
  •         put_page(page);  
  •          
  •     } else {  
  •         printk("no vma found for %lx/n", addr);  
  •     }  
  • out:  
  •     up_read(&mm->mmap_sem);  
  • }  
  •   
  •   
  •   
  • static ssize_t   
  • mtest_write(struct file *file, const char __user * buffer,  
  •                                    size_t count, loff_t * data)  
  • {  
  •   
  •   
  •     printk("mtest_write  ...........  /n");      
  •     char buf[128];  
  •     unsigned long val, val2;  
  •     if (count > sizeof(buf))  
  •         return -EINVAL;  
  •       
  •     if (copy_from_user(buf, buffer, count))  
  •         return -EINVAL;  
  •       
  •     if (memcmp(buf, "listvma", 7) == 0)   
  •         mtest_dump_vma_list();  
  •       
  •     else if (memcmp(buf, "findvma", 7) == 0) {  
  •         if (sscanf(buf + 7, "%lx", &val) == 1) {  
  •             mtest_find_vma(val);  
  •         }  
  •     }  
  •   
  •     else if (memcmp(buf, "findpage", 8) == 0) {  
  •         if (sscanf(buf + 8, "%lx", &val) == 1) {  
  •             mtest_find_page(val);  
  •               
  •            //my_follow_page(vma, addr);  
  •               
  •               
  •         }  
  •     }  
  •   
  •     else  if (memcmp(buf, "writeval", 8) == 0) {  
  •         if (sscanf(buf + 8, "%lx %lx", &val, &val2) == 2) {  
  •             mtest_write_val(val, val2);  
  •         }  
  •     }  
  •     return count;  
  • }  
  •   
  • static struct   
  • file_operations proc_mtest_operations = {  
  •     .write        = mtest_write  
  • };  
  •   
  • static struct proc_dir_entry *mtest_proc_entry;  
  •   
  •   
  • //整个操作我们以模块的形式实现,因此,模块的初始化和退出函数如下:  
  • static int __init   
  • mtest_init(void)  
  • {  
  •   
  •     mtest_proc_entry = create_proc_entry("mtest", 0777, NULL);  
  •     if (mtest_proc_entry == NULL) {  
  •         printk("Error creating proc entry/n");  
  •         return -1;  
  •     }  
  •     printk("create the filename mtest mtest_init sucess  /n");   
  •     mtest_proc_entry->proc_fops = &proc_mtest_operations;  
  •     return 0;  
  • }  
  •   
  • static void   
  • __exit mtest_exit(void)  
  • {  
  •      printk("exit the module......mtest_exit /n");   
  •     remove_proc_entry("mtest", NULL);  
  • }  
  • MODULE_LICENSE("GPL");  
  • MODULE_DESCRIPTION("mtest");  
  • MODULE_AUTHOR("Zou Nan hai");  
  •   
  • module_init(mtest_init);  
  • module_exit(mtest_exit);  


下面为Makefile


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  • obj-m := mm.o  
  •   
  • # KDIR is the location of the kernel source.  The current standard is  
  • # to link to the associated source tree from the directory containing  
  • # the compiled modules.  
  • KDIR  := /lib/modules/$(shell uname -r)/build  
  •   
  • # PWD is the current working directory and the location of our module  
  • # source files.  
  • PWD   := $(shell pwd)  
  •   
  • # default is the default make target.  The rule here says to run make  
  • # with a working directory of the directory containing the kernel  
  • # source and compile only the modules in the PWD (local) directory.  
  • default:  
  •         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules  
  • clean:  
  •         rm -rf *.o *.ko *.mod.c  


下面为测试用例

[root@HBIDS proc]# echo "listvma" > mtest
[root@HBIDS proc]# echo "listvma" > mtest
[root@HBIDS proc]# echo "findvma0xb7f2b001" > mtest
[root@HBIDS proc]# echo "findpage0xb7f2b001" > mtest
[root@HBIDS proc]# echo "writeval0xb7f2b001 123456" > mtest

打印结果为

The current process is bash
mtest_dump_vma_list
VMA 0x8048000-0x80dc000 READ EXEC
VMA 0x80dc000-0x80e2000 WRITE READ EXEC
VMA 0x80e2000-0x811e000 WRITE READ EXEC
VMA 0x42000000-0x4212e000 READ EXEC
VMA 0x4212e000-0x42131000 WRITE READ EXEC
VMA 0x42131000-0x42133000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7d00000-0xb7f00000 READ EXEC
VMA 0xb7f00000-0xb7f0b000 READ EXEC
VMA 0xb7f0b000-0xb7f0c000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7f0c000-0xb7f0d000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7f0d000-0xb7f0f000 READ EXEC
VMA 0xb7f0f000-0xb7f10000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7f10000-0xb7f13000 READ EXEC
VMA 0xb7f13000-0xb7f14000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7f2b000-0xb7f31000 READ EXEC
VMA 0xb7f31000-0xb7f32000 WRITE READ EXEC
VMA 0xb7f32000-0xb7f47000 READ EXEC
VMA 0xb7f47000-0xb7f48000 WRITE READ EXEC
VMA 0xbfd31000-0xbfd47000 WRITE READ EXEC
mtest_write  ...........
mtest_find_vma
found vma 0xb7f47000-0xb7f48000 flag 100877 for addr 0xb7f47001
mtest_write  ...........
mtest_write_val
page  found  for 0xb7f47001
find  0xb7f47001 to kernel address 0xc8c4e001
mtest_write  ...........
mtest_write_val
write 0x1234 to address 0xc8c4e001


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