线性地址转物理地址
线性地址转物理地址
逻辑地址，需要转换成线性地址，再经过MMU(CPU中的内存管理单元)转换成物理地址才能够被访问到。那么线性地址怎么转物理地址?今天学习啦小编整理了线性地址转物理地址的相关资料，希望对大家有帮助。
线性地址转物理地址
线性地址(Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程式代码会产生逻辑地址，或说是段中的偏移地址，加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机制，那么线性地址能再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。Intel 80386的线性地址空间容量为4G(2的32次方即32根地址总线寻址)。
详细说下虚拟地址的转换。
首先，来看下内核为一个进程建立页目录和页表以及线性空间的函数。这个函数原型是：
VOID
MiInitMachineDependent (
IN PLOADER_PARAMETER_BLOCK LoaderBlock
)
位于init386.c的762行，这个函数太长了，挑选部分如下：
PointerPte = MiGetPdeAddress (PDE_BASE);
PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);
CurrentProcess = PsGetCurrentProcess ();
#if defined(_X86PAE_)
PrototypePte.u.Soft.PageFileHigh = MI_PTE_LOOKUP_NEEDED;
_asm {
mov eax, cr3
mov DirBase, eax
}
//
// Note cr3 must be 32-byte aligned.
//
ASSERT ((DirBase & 0x1f) == 0);
//
// Initialize the PaeTop for this process right away.
//
RtlCopyMemory ((PVOID) &MiSystemPaeVa,
(PVOID) (KSEG0_BASE | DirBase),
sizeof (MiSystemPaeVa));
CurrentProcess->PaeTop = &MiSystemPaeVa;
#else
DirBase = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte) << PAGE_SHIFT;
#endif
CurrentProcess->Pcb.DirectoryTableBase[0] = DirBase;
KeSweepDcache (FALSE);
//
// Unmap the low 2Gb of memory.
//
PointerPde = MiGetPdeAddress (0);
LastPte = MiGetPdeAddress (KSEG0_BASE);
MiZeroMemoryPte (PointerPde, LastPte - PointerPde);
第一句：PointerPte = MiGetPdeAddress (PDE_BASE);这句获得一个页表的指针。
PDE_BASE是页目录的基址，这个宏的定义如下：(i386.h 1968行)
#define PDE_BASE_X86 0xc0300000
#define PDE_BASE_X86PAE 0xc0600000
#define PTE_TOP_X86 0xC03FFFFF
#define PDE_TOP_X86 0xC0300FFF
#define PTE_TOP_X86PAE 0xC07FFFFF
#define PDE_TOP_X86PAE 0xC0603FFF
#if !defined (_X86PAE_)
#define PDE_BASE PDE_BASE_X86
#define PTE_TOP PTE_TOP_X86
#define PDE_TOP PDE_TOP_X86
#else
#define PDE_BASE PDE_BASE_X86PAE
#define PTE_TOP PTE_TOP_X86PAE
#define PDE_TOP PDE_TOP_X86PAE
#endif
#define PTE_BASE 0xc0000000
可以看出，如果CPU支持PAE或者开启了PAE(奔腾往后都支持，默认开启)，那么一个进程页目录的基址为0xc0600000，这个在dbg调试的时候也可以看到，如
kd> !pte 0000
VA 00000000 (虚拟地址)
PDE at C0600000 PTE at C0000000
contains 0000000002B40067 contains 0000000000000000
pfn 2b40 ---DA--UWEV not valid
再来看这个MiGetPdeAddress ，他是个宏，定义如下：(mi386.h 1889行)
#define MiGetPdeAddress(va) ((PMMPTE)(((((ULONG)(va)) >> 22) << 2) + PDE_BASE))
可以看出他是取线性地址的最高10位，再左移2位，加上页目录的基址，得到该线性地址在该进程的 页目录的索引，而该处存放的就是其对应的页表索引，第二句:
PdePageNumber = MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE (PointerPte);
MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE 这个宏(mi386.h 2542行)的定义如下:
#define MI_GET_PAGE_FRAME_FROM_PTE(PTE) ((PTE)->u.Hard.PageFrameNumber)
他是直接取该页表对应的物理内存的地址。到这里，CPU就可以访问到实际的物理内存了。
剩下的工作就是把cr3寄存器的内容赋给dirbase，再把dirbase赋给进程pcb的DirectoryTableBase项，这个在windbg调试的时候我说过了。后面再把该进程的低2G的用户空间清零。
我举个例子，咱来一步步转换。(我关闭了PAE，关闭方法，网上找，xp sp3)
假如线性地址为7c920000，这个地址一般加载的是进程的ntdll文件，首先把它转换成二进制，我在windbg里做，如下：
kd> .formats 7c920000
Evaluate expression:
Hex: 7c920000
Decimal: 2089943040
Octal: 17444400000
Binary: 01111100 10010010 00000000 00000000
Chars: |...
Time: Mon Mar 24 11:44:00 2036
Float: low 6.0646e+036 high 0
Double: 1.03257e-314
可以看到高10位为01111100 10十六进制为0x1f2,
01111100 10 ->0x1F2按照上面的宏，0x1F2在左移2位，为0x7C8,加上PDE的基址C0300000,结果为C03007C8,我们在windbg里看下，如下：
kd> !pte 7c920000
VA 7c920000
PDE at C03007C8 PTE at C01F2480
contains 03793067 contains 03791025
pfn 3793 ---DA--UWEV pfn 3791 ----A--UREV
可以看到，结果是吻合的，下面我们来算页表，按照上面的说法，一个进程的页目录可以达到1024项(2的10次方)，而每项都是4字节，所以一个进程的页目录大小为4096bytes(4k)，同理，一个页表的大小也为4096bytes(4k)，而每一个页目录项对应一个4k大小的页表，所以，页表项的地址可以这么算：
PTE = 页表基址+(页目录项索引 × 一个页表的大小) + (页表索引 × 每一个页表项的大小)
由上面的宏定义知道在关了PAE的情况下页表的基址PTE_BASE为0xc0000000,一个页表项的大小也为4字节。而该线性地址的中间10位为010010 0000十六进制为0x120,所以，该线性地址对应的页表地址为：
PTE = 0xC0000000 + (0x1F2 * 0x1000) + (0x120 * 0x4) = 0xC01F2480.和上面windbg显示的数据是一样的。
在windbg里看下该处的内容为
kd> dd C01F2480
c01f2480 03791025 00000000 00000000 04157025
该页表处的内容为0x03791025 ,其中，如果了解页表结构的话，其高20位为该页表指向的物理内存，为0x3791,再加上线性地址的末12位偏移，所以该线性地址对应的实际物理地址为：0X37910000.
到这里就算完了。
补充：
内核定义的页表的数据结构如下：
typedef struct _MMPTE {
union {
ULONG Long;
HARDWARE_PTE Flush;
MMPTE_HARDWARE Hard;
MMPTE_PROTOTYPE Proto;
MMPTE_SOFTWARE Soft;
MMPTE_TRANSITION Trans;
MMPTE_SUBSECTION Subsect;
MMPTE_LIST List;
} u;
} MMPTE;
typedef MMPTE *PMMPTE;
typedef struct _MMPTE_HARDWARE {
ULONG Valid : 1;
#if defined(NT_UP)
ULONG Write : 1; // UP version
#else
ULONG Writable : 1; // changed for MP version
#endif
ULONG Owner : 1;
ULONG WriteThrough : 1;
ULONG CacheDisable : 1;
ULONG Accessed : 1;
ULONG Dirty : 1;
ULONG LargePage : 1;
ULONG Global : 1;
ULONG CopyOnWrite : 1; // software field
ULONG Prototype : 1; // software field
#if defined(NT_UP)
ULONG reserved : 1; // software field
#else
ULONG Write : 1; // software field - MP change
#endif
ULONG PageFrameNumber : 20;
} MMPTE_HARDWARE, *PMMPTE_HARDWARE;
可以看出上面那个取物理地址的宏直接取的就是PageFrameNumber ，也就是该地址内容的高20位。
而在!pte命令在还显示了一些大些字母，如D，A，W，U之类的，也在该结构中有所显示。
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