本文转载于:http://ilinuxkernel.com/?p=1248

注意:转载文中的代码在最新的内核上已经无法编译通过,原文中留言区提到的获取内核总的页数的方法有点瑕疵。这些在本文中都会进行修正。 本文中使用的内核版本为:3.10.0-693.21.1

用户态的程序都是在内存保护模式下使用内存,无法直接访问物理内存。同时用户程序使用的地址,也并不是物理地址,而是逻辑地址。至于这些逻辑地址对应的物理内存在哪里,用户进程本身并不知道。

通过用户程序若想访问物理内存,我们需要通过内核才能实现。本文介绍基于内核模块的方式,实现在Linux中用户态程序访问所有物理内存。

内核模块编写

通过读设备文件的方式,实现物理地址访问。将物理地址,作为参数f_pos传递:

static ssize_t
dramdev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)

在内核代码中,是无法直接访问物理地址的,代码能访问的都是逻辑地址。此时我们需要先将物理地址转换成逻辑地址,才能在代码中对地址读写。

物理地址转换为逻辑地址

物理地址转换为逻辑地址的方法:

(1)根据物理地址,计算出对应的页面号(PFN)和页内偏移

// determine which physical page to temporarily map
// and how far into that page to begin readding from
page_number = *f_pos / PAGE_SIZE;
page_indent = *f_pos % PAGE_SIZE;

(2)根据PFN找到对应的struct page指针

// get the page from pfn
pp = pfn_to_page(page_number);

(3)通过kmap映射成逻辑地址

from = kmap(pp) + page_indent;

映射成逻辑地址后,我们直接通过from指针来访问物理地址f_pos了。

我的修改

在原文的留言区提到使用get_num_physpages来获取系统物理内存页面数量。我发现使用get_num_physpages有点瑕疵,它返回的是系统上总的物理页面的个数,当存在内存hole时,会导致有些物理内存不能访问。

我们可以使用如下方法,获取总的内存页面数,当然它包含内存hole

static inline unsigned long get_total_physpages(void)
{
        int nid;
        unsigned long phys_pages = 0;

        for_each_online_node(nid)
                phys_pages += node_spanned_pages(nid);

        return phys_pages;
}

当指定的物理地址是这些内存hole时,读出来的值可能无意义。

模块加载和使用方式

编译模块

[root@localhost ~/linux_memory_addr/dram] # make
make -C /lib/modules/3.10.0-693.21.1.el7.x86_64/build M=/root/work/linux_memory_addr/dram modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/3.10.0-693.21.1.el7.x86_64'
  CC [M]  /root/work/linux_memory_addr/dram/dram.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /root/work/linux_memory_addr/dram/dram.mod.o
  LD [M]  /root/work/linux_memory_addr/dram/dram.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/3.10.0-693.21.1.el7.x86_64'

加载模块

[root@localhost ~/linux_memory_addr/dram] # insmod dram.ko 

创建字符设备

模块代码中,将字符设备号设为85。这个设备号也可以自己改,与系统不冲突就行。

[root@localhost ~/linux_memory_addr/dram] # mknod /dev/dram c 85 0

物理内存数据查看

我们使用简单的程序fileview来看物理内存中的实际数据,物理地址可以手工输入的。

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代码位置

参考文档