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如何将虚拟内存地址转换为物理地址？

发布于 2024-07-11 11:00:19 字数 754 浏览 8 评论 0 原文

在我的 C++ 程序（在 Windows 上）中，我分配一块内存，并确保它在物理内存中保持锁定（未交换且连续）（即使用 VirtualAllocEx()、MapUserPhysicalPages() 等）。

在我的进程的上下文中，我可以获得该块的虚拟内存地址， 但我需要找出它的物理内存地址以便将其传递给某些外部设备。

1.有什么方法可以在用户模式下将虚拟地址转换为程序中的物理地址吗？

2.如果没有，我只能在KERNEL模式下找到这个虚拟到物理的映射。我想这意味着我必须编写一个驱动程序才能做到这一点......？您是否知道我可以使用任何现成的驱动程序/DLL/API，我的应用程序（程序）将与之交互以进行翻译？

3. 如果我必须自己编写驱动程序，我该如何进行此翻译？我使用哪些功能？是mmGetPhysicalAddress()吗？我该如何使用它？

4.另外，如果我理解正确的话，mmGetPhysicalAddress()返回调用进程上下文中的虚拟基地址的物理地址。但是，如果调用进程是驱动程序，并且我正在使用我的应用程序调用该函数的驱动程序，则我正在更改上下文，并且当调用 mmGetPhysicalAddress 例程时我不再处于应用程序的上下文中......所以如何转换应用程序（用户模式）内存空间中的虚拟地址，而不是驱动程序中的虚拟地址？

任何答案、提示和代码摘录将不胜感激！

谢谢

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究竟谁懂我的在乎 2024-07-18 11:00:19

不，你不能真正确保它保持锁定状态。如果您的进程崩溃或提前退出怎么办？如果用户杀死它怎么办？该内存将被重新用于其他用途，如果您的设备仍在执行 DMA，最终将导致数据丢失/损坏或错误检查 (BSOD)。

此外，MapUserPhysicalPages 是 Windows AWE（地址窗口扩展）的一部分，用于在 32 位版本的 Windows Server 上处理超过 4 GB 的 RAM。我不认为它的目的是用来破解用户模式 DMA。

1. 有什么方法可以在用户模式下将虚拟地址转换为程序中的物理地址吗？

有一些驱动程序可以让您执行此操作，但您无法在 Windows 上从用户模式对 DMA 进行编程，并且仍然具有稳定的和安全系统。让以受限用户帐户运行的进程读/写物理内存允许该进程拥有系统。如果这是一次性系统或原型，这可能是可以接受的，但如果您希望其他人（特别是付费客户）使用您的软件和设备，您应该编写一个驱动程序。

2. 如果没有，我只能在内核模式下找到这个虚拟到物理的映射。我想这意味着我必须编写一个驱动程序来完成它......？

这是解决这个问题的推荐方法。

您是否知道我可以使用的任何现成的驱动程序/DLL/API，我的应用程序（程序）将与之交互以进行翻译？

您可以使用 MDL（内存描述符列表）用于锁定任意内存，包括用户模式进程拥有的内存缓冲区，并将其虚拟地址转换为物理地址。您还可以使用 DeviceIoControl 的调用中的缓冲区创建一个 MDL。 aspx" rel="noreferrer">METHOD_IN_DIRECT 或 METHOD_OUT_DIRECT。

请注意，虚拟地址空间中的连续页在物理地址空间中几乎从不连续。希望您的设备能够处理这种情况。

3. 如果我必须自己编写驱动程序，我该如何进行翻译？我使用哪些功能？是mmGetPhysicalAddress()吗？我如何使用它？

编写驱动程序不仅仅是调用一些 API。如果您要编写驱动程序，我建议您从 MSDN 和 OSR。另外，请查看Windows 驱动程序工具包中的示例。

4。另外，如果我理解正确的话， mmGetPhysicalAddress() 返回调用进程上下文中的虚拟基地址的物理地址。但是，如果调用进程是驱动程序，并且我正在使用我的应用程序调用该函数的驱动程序，则我正在更改上下文，并且当调用 mmGetPhysicalAddress 例程时我不再处于应用程序的上下文中......所以如何转换应用程序（用户模式）内存空间中的虚拟地址，而不是驱动程序中的虚拟地址？

驱动程序不是进程。驱动程序可以在任何进程的上下文以及各种提升的上下文（中断处理程序和 DPC）中运行。

In my C++ program (on Windows), I'm allocating a block of memory and can make sure it stays locked (unswapped and contiguous) in physical memory (i.e. using VirtualAllocEx(), MapUserPhysicalPages() etc).

No, you can't really ensure that it stays locked. What if your process crashes, or exits early? What if the user kills it? That memory will be reused for something else, and if your device is still doing DMA, that will eventually result in data loss/corruption or a bugcheck (BSOD).

Also, MapUserPhysicalPages is part of Windows AWE (Address Windowing Extensions), which is for handling more than 4 GB of RAM on 32-bit versions of Windows Server. I don't think it was intended to be used to hack up user-mode DMA.

1. Is there any way I can translate the virtual address to the physical one within my program, in USER mode?

There are drivers that let you do this, but you cannot program DMA from user mode on Windows and still have a stable and secure system. Letting a process that runs as a limited user account read/write physical memory allows that process to own the system. If this is for a one-off system or a prototype, this is probably acceptable, but if you expect other people (particularly paying customers) to use your software and your device, you should write a driver.

2. If not, I can find out this virtual to physical mapping only in KERNEL mode. I guess it means I have to write a driver to do it...?

That is the recommended way to approach this problem.

Do you know of any readily available driver/DLL/API which I can use, that my application (program) will interface with to do the translation?

You can use an MDL (Memory Descriptor List) to lock down arbitrary memory, including memory buffers owned by a user-mode process, and translate its virtual addresses into physical addresses. You can also have Windows temporarily create an MDL for the buffer passed into a call to DeviceIoControl by using METHOD_IN_DIRECT or METHOD_OUT_DIRECT.

Note that contiguous pages in the virtual address space are almost never contiguous in the physical address space. Hopefully your device is designed to handle that.

3. In case I'll have to write the driver myself, how do I do this translation? which functions do I use? Is it mmGetPhysicalAddress()? How do I use it?

There's a lot more to writing a driver than just calling a few APIs. If you're going to write a driver, I would recommend reading as much relevant material as you can from MSDN and OSR. Also, look at the examples in the Windows Driver Kit.

4. Also, if I understand correctly, mmGetPhysicalAddress() returns the physical address of a virtual base address that is in the context of the calling process. But if the calling process is the driver, and I'm using my application to call the driver for that function, I'm changing contexts and I am no longer in the context of the app when the mmGetPhysicalAddress routine is called... so how do I translate the virtual address in the application (user-mode) memory space, not the driver?

Drivers are not processes. A driver can run in the context of any process, as well as various elevated contexts (interrupt handlers and DPCs).

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谈下烟灰 2024-07-18 11:00:19

您的应用程序中有一个几乎连续的缓冲区。正如您所指出的，该范围的虚拟内存仅在您的应用程序上下文中可用，并且其中一些可能随时被调出。因此，为了从设备访问内存（也就是说，执行 DMA），您需要锁定它并获取可以传递给设备的描述。

您可以通过使用 METHOD_IN_DIRECT 或 METHOD_OUT_DIRECT 向驱动程序发送 IOCTL（通过 DeviceControl 函数）来获取称为 MDL 或内存描述符列表的缓冲区的描述。有关定义 IOCTL 的讨论，请参阅下页。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms795909.aspx

现在您已经在设备的驱动程序中获得了缓冲区的描述，您可以将其锁定，以便缓冲区在您的设备对其进行操作的整个期间内保留在内存中。在 MSDN 上查找 MmProbeAndLockPages。

您的设备可能无法读取或写入缓冲区中的所有内存。该设备可能仅支持 32 位 DMA，并且机器可能具有超过 4GB 的 RAM。或者您可能正在使用具有 IOMMU、GART 或其他地址转换技术的机器。为了适应这种情况，请使用各种 DMA API 来获取一组适合您的设备使用的逻辑地址。在许多情况下，这些逻辑地址将相当于您的问题最初询问的物理地址，但并非总是如此。

您使用哪个 DMA API 取决于您的设备是否可以处理分散/聚集列表等。您的驱动程序在其设置代码中将调用 IoGetDmaAdapter 并使用它返回的一些函数。

通常，您会对 GetScatterGatherList 和 PutScatterGatherList 感兴趣。您提供一个函数（ExecutionRoutine），它实际上对您的硬件进行编程以进行传输。

这涉及到很多细节。祝你好运。

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ぶ宁プ宁ぶ 2024-07-18 11:00:19

您无法从用户空间访问页表，它们映射在内核中。

如果您在内核中，您可以简单地检查 CR3 的值来定位基页表地址，然后开始解析。

此博客系列对如何执行此操作有精彩的解释。您不需要任何操作系统工具/API 来解析虚拟<->物理地址。

虚拟地址：f9a10054
1：kd>   .格式0xf9a10054 
  二进制： 11111001 10100001 00000000 01010100 

  页目录指针索引(PDPI) 11 索引到 
  
第一个表（页目录指针
表) 页目录索引(PDI)
111001 101 进入第二个索引
table(页目录表) 页
表索引(PTI)
00001 0000 进入第三个索引
表(页表)字节索引
0000 01010100 0x054，偏移量
进入物理内存页

在他的例子中，他们使用windbg，!dq是物理内存读取。

在此处输入图像描述

You can not access the page tables from user space, they are mapped in the kernel.

If you are in the kernel, you can simply inspect the value of CR3 to locate the base page table address and then begin your resolution.

This blog series has a wonderful explanation of how to do this. You do not need any OS facility/API to resolve virtual<->physical addresses.

Virtual Address: f9a10054
1: kd> .formats 0xf9a10054
Binary:  11111001 10100001 00000000 01010100

Page Directory Pointer Index(PDPI)       11                        Index into
1st table(Page Directory Pointer
Table) Page Directory Index(PDI)
111001 101 Index into 2nd
table(Page Directory Table) Page
Table Index(PTI)
00001 0000 Index into 3rd
table(Page Table) Byte Index
0000 01010100 0x054, the offset
into the physical memory page

In his example, they use windbg, !dq is a physical memory read.

enter image description here

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如若梦似彩虹 2024-07-18 11:00:19

1) 否

2) 是的，你必须编写一个驱动程序。最好是虚拟驱动程序，或者更改特殊外部设备的驱动程序。

3）这在这里变得非常混乱。 MmGetPhysicalAddress 应该是您正在寻找的方法，但我真的不知道物理地址如何映射到银行/芯片/等。在物理内存上。

4）您不能使用分页内存，因为它会被重新定位。您可以在 MDL 上使用 MmProbeAndLockPages 锁定分页内存，您可以在从用户模式调用上下文传入的内存上构建。但最好分配非分页内存并将其交给用户模式应用程序。

PVOID p = ExAllocatePoolWithTag( NonPagedPool, POOL_TAG );
PHYSICAL_ADDRESS realAddr = MmGetPhysicalAddress( p );

// use realAddr

1) No

2) Yes, you have to write a driver. Best would be either a virtual driver, or change the driver for the special-external device.

3) This gets very confusing here. MmGetPhysicalAddress should be the method you are looking for, but I really don't know how the physical address is mapped to the bank/chip/etc. on the physical memory.

4) You cannot use paged memory, because that gets relocated. You can lock paged memory with MmProbeAndLockPages on an MDL you can build on memory passed in from the user mode calling context. But it is better to allocate non-paged memory and hand that to your user mode application.

PVOID p = ExAllocatePoolWithTag( NonPagedPool, POOL_TAG );
PHYSICAL_ADDRESS realAddr = MmGetPhysicalAddress( p );

// use realAddr

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可是我不能没有你 2024-07-18 11:00:19

你真的不应该在用户模式下做这样的事情；正如 Christopher 所说，您需要锁定页面，以便 mm 在设备使用您的后备内存时不会决定调出您的后备内存，这最终会破坏随机内存页面。

但是，如果调用进程是驱动程序，并且我正在使用应用程序来调用该函数的驱动程序，则我将更改上下文，并且当调用 mmGetPhysicalAddress 例程时，我不再处于应用程序的上下文中< /p>

但是，如果调用进程是驱动程序，并且我正在使用我的应用程序来调用该函数的驱动程序，则我正在更改上下文，并且当调用 mmGetPhysicalAddress 例程时，我不再像用户模式应用程序一样具有上下文；如果您通过 IOCTL 或其他方式调用驱动程序，那么您通常（但不能保证！）处于调用用户线程的上下文中。但实际上，这对于你所要求的并不重要，因为无论你在哪里，内核模式内存（0x80000000 以上的任何内容）都是相同的映射，并且你最终会在内核端分配内存。但再次强调，编写合适的驱动程序。使用 WDF (http://www.microsoft.com/whdc/driver/wdf /default.mspx），这将使编写正确的驱动程序变得更加容易（尽管仍然很棘手，Windows驱动程序编写并不容易）

编辑：只是想我会扔掉一些书籍参考来帮助你，您绝对应该（即使您不追求编写驱动程序）阅读 Russinovich 和 Solomon 撰写的 Windows Internals (http://www.amazon.com/Microsoft-Windows-Internals-4th-Server/dp/0735619174/ref=pd_bbs_sr_2?ie=UTF8&s=books&qid=1229284688&sr=8-2< /a>); 对 Microsoft Windows 驱动程序模型进行编程也很好 (http://www.amazon.com/编程-Microsoft-Windows-Driver-Second/dp/0735618038/ref=sr_1_1?ie=UTF8&s=books&qid=1229284726&sr=1-1)