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标题: 虚拟内存实践 [打印本页]

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作者: leixiaofeng    时间: 2015-3-22 20:14
标题: 虚拟内存实践

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

view plaincopy to clipboardprint?

• 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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