Linux虚拟内存地址转化成物理内存地址

背景

现代手机这种SOC(system on chip)，因为功耗、Modem等功能soc上集成了很多core,他们还可以是独立的系统在运转。

比如ADSP简介ADSP(Application Digital Signal Processing)就是高通的Hexagon DSP ,就是独立运转的一个core+system。这样做不仅可以使用soc上的专用核处理专业的事情，比如上面说的ADSP就可以处理音频解码，当然它的DSP特性还可以处理sensor融合算法，比起通用处理器(cortex a72 a53 a17 a9 a8这些核)处理效率更高，更省电。

当然出于成本因素我们不会为它单独焊上一个内存颗粒，它共享了主存的一部分，比如从地址0xc0000000 - 0xc0100000 1MB的空间，此时内核(Linux运行在通用处理器上)将不再触碰这块内存。

但是多核共享同一个地址空间也有个弊端，就是如果程序有问题(野指针，数组越界)可能会写别的core管理的内存空间，这样给我们带来的问题就是程序的值莫名其妙的被改变了。我们为了排查这种问题，才考虑把应用程序的虚拟地址转化为物理地址，进行print debug以便于统一分析。

实现

kernel 在2.6.25的时候加入了这样一个功能/proc/self/pagemap 也就是在每个进程的/proc里面都有一个pagemap通过读取里面的内容就可以算出当前虚拟地址对应的物理页，然后加入page_offset就可以知道当前虚拟地址对应的物理地址。

pagemap需要你的应用有root权限才能使用。

#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>

// 参考

// #/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);

}

如何验证

你需要开启kernel如下模块

CONFIG_DEVMEM=y

关闭如下模块

CONFIG_STRICT_DEVMEM=n

一般的Android 都有/system/bin/r(源码在system/core/toolbox/r.c)这个命令，这个命令类似devmem之类的嵌入式工具，通过/dev/mem(物理内存)mmap来读取物理内存的值，当然你也可以修改该地址的值

上面的例子他们通过getchar() 阻止程序的运行，以便你有足够的时间来敲/system/bin/r命令和参数

命令用法，上面的例子我们取了一个栈上变量的虚拟地址，转换成物理地址。然后你就可以通过/system/bin/r来读取和修改这个地址的值了。

读取0x9a6f0b20地址的值

adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20

修改0x9a6f0b20地址的值为0xffbbccaa

adb shell /system/bin/r 0x9a6f0b20 0xffbbccaa

源码可以直接git clone git@github.com:green130181/kernel-study.git

工程里的 pagemap直接拷贝到aosp的任意目录

然后aosp的根目录执行

source build/envsetup.sh

lunch "your select"

cd pagemap dir

mm

之后adb push 到你的机器，即可开始验证。

当然还有很多先进的比如ramdump　Trace32来实现内存地址查看，不过上面的对于一个应用来讲足够轻量级，够用就好!