如何將虛擬內存地址轉換為物理地址？

Question

在我的C ++程序中（在Windows上），我正在分配一塊內存，並確保它在物理內存中保持鎖定（未連接和連續）（即使用VirtualAllocEx（），MapUserPhysicalPages（）等）。

在我的過程中，我可以得到該塊的VIRTUAL內存地址， 但是我需要找出它的PHYSICAL內存地址，以便將它傳遞給某個外部設備。

1.在USER模式下，有什么方法可以將虛擬地址轉換為程序中的物理地址嗎？

2.如果沒有，我只能在KERNEL模式下找到這個虛擬到物理映射。 我想這意味着我必須寫一個驅動程序才能做到這一點......？ 你知道我可以使用的任何現成的驅動程序/ DLL / API，我的應用程序（程序）將與之交互以進行翻譯嗎？

3.如果我必須自己編寫驅動程序，我該如何進行翻譯？ 我使用哪些功能？ 是mmGetPhysicalAddress（）嗎？ 我該如何使用它？

4.另外，如果我理解正確，mmGetPhysicalAddress（）將返回調用進程上下文中的虛擬基址的物理地址。 但是如果調用進程是驅動程序，並且我正在使用我的應用程序來調用該函數的驅動程序，那么我正在改變上下文，當調用mmGetPhysicalAddress例程時，我不再處於應用程序的上下文中...所以如何翻譯應用程序（用戶模式）內存空間中的虛擬地址，而不是驅動程序？

任何答案，提示和代碼摘錄將不勝感激！

謝謝

Answer 1

在我的C ++程序中（在Windows上），我正在分配一塊內存，並確保它在物理內存中保持鎖定（未連接和連續）（即使用VirtualAllocEx（），MapUserPhysicalPages（）等）。

不，你無法確保它保持鎖定狀態。 如果您的流程崩潰或提前退出怎么辦？ 如果用戶殺了它怎么辦？ 該內存將被重用於其他內容，如果您的設備仍在執行DMA，最終將導致數據丟失/損壞或錯誤檢查（BSOD）。

此外， MapUserPhysicalPages是Windows AWE（Address Windowing Extensions）的一部分，用於在32位版本的Windows Server上處理超過4 GB的RAM。 我不認為它是用於破解用戶模式DMA。

1.在USER模式下，有什么方法可以將虛擬地址轉換為程序中的物理地址嗎？

有些驅動程序允許您執行此操作，但您無法在Windows上從用戶模式編程DMA，並且仍然具有穩定且安全的系統。 讓作為受限用戶帳戶運行的進程讀/寫物理內存允許該進程擁有系統。 如果這是一次性系統或原型，這可能是可以接受的，但如果您希望其他人（特別是付費客戶）使用您的軟件和您的設備，您應該編寫驅動程序。

2.如果沒有，我只能在KERNEL模式下找到這個虛擬到物理映射。 我想這意味着我必須寫一個驅動程序才能做到這一點......？

這是解決此問題的推薦方法。

你知道我可以使用的任何現成的驅動程序/ DLL / API，我的應用程序（程序）將與之交互以進行翻譯嗎？

您可以使用MDL（內存描述符列表）鎖定任意內存，包括用戶模式進程擁有的內存緩沖區，並將其虛擬地址轉換為物理地址。 您還可以讓Windows通過使用METHOD_IN_DIRECT或METHOD_OUT_DIRECT臨時為傳遞給DeviceIoControl的調用緩沖區創建MDL。

請注意，虛擬地址空間中的連續頁面在物理地址空間中幾乎不會連續。 希望您的設備能夠處理這個問題。

3.如果我必須自己編寫驅動程序，我該如何進行翻譯？ 我使用哪些功能？ 是mmGetPhysicalAddress（）嗎？ 我該如何使用它？

編寫驅動程序要比調用一些API要多得多。 如果您要編寫驅動程序，我建議您從MSDN和OSR中盡可能多地閱讀相關資料。 另外，請查看Windows驅動程序工具包中的示例。

4.另外，如果我理解正確，mmGetPhysicalAddress（）將返回調用進程上下文中的虛擬基址的物理地址。 但是如果調用進程是驅動程序，並且我正在使用我的應用程序來調用該函數的驅動程序，那么我正在改變上下文，當調用mmGetPhysicalAddress例程時，我不再處於應用程序的上下文中...所以如何翻譯應用程序（用戶模式）內存空間中的虛擬地址，而不是驅動程序？

驅動程序不是進程。 驅動程序可以在任何進程的上下文中運行，也可以在各種提升的上下文（中斷處理程序和DPC）中運行。

Answer 2

1）沒有

2）是的，你必須寫一個驅動程序。 Best可以是虛擬驅動程序，也可以更改特殊外部設備的驅動程序。

3）這在這里變得非常混亂。 MmGetPhysicalAddress應該是您正在尋找的方法，但我真的不知道物理地址如何映射到bank / chip / etc. 在物理記憶上。

4）你不能使用分頁內存，因為它被重新定位。 您可以在MDL上使用MmProbeAndLockPages鎖定分頁內存，您可以在從用戶模式調用上下文傳入的內存上構建。 但最好分配非分頁內存並將其交給用戶模式應用程序。

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

// use realAddr

Answer 3

您無法從用戶空間訪問頁表，它們將映射到內核中。

如果您在內核中，只需檢查CR3的值以找到基頁表地址，然后開始解析。

這個博客系列有一個如何做到這一點的精彩解釋。 您不需要任何OS工具/ API來解析虛擬< - >物理地址。

虛擬地址：f9a10054

 1: kd> .formats 0xf9a10054 Binary: 11111001 10100001 00000000 01010100 Page Directory Pointer Index(PDPI) 11 Index into 

第1個表（頁面目錄指針表）頁面目錄索引（PDI）
111001 101索引到第2個表（頁面目錄表）頁表索引（PTI）
00001 0000索引到第3表（頁面表）字節索引
0000 01010100 0x054，進入物理內存頁面的偏移量

在他的例子中，他們使用windbg，！dq是物理內存讀取。

Answer 4

您的應用程序中有一個虛擬緩沖區。 正如您所指出的那樣，該范圍的虛擬內存僅在您的應用程序的上下文中可用，並且其中一些可能隨時被分頁。 因此，為了從設備訪問內存（也就是說，執行DMA），您需要將其鎖定並獲取可以傳遞給設備的描述。

通過使用METHOD_IN_DIRECT或METHOD_OUT_DIRECT將IOCTL（通過DeviceControl函數）發送到驅動程序，可以獲得稱為MDL或內存描述符列表的緩沖區的描述。 有關定義IOCTL的討論，請參見以下頁面。

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

現在您已在設備的驅動程序中描述了緩沖區，您可以將其鎖定，以便緩沖區在設備可能對其執行的整個時間段內保留在內存中。 在MSDN上查找MmProbeAndLockPages。

您的設備可能會也可能無法讀取或寫入緩沖區中的所有內存。 該設備可能只支持32位DMA，機器可能有超過4GB的RAM。 或者您可能正在處理具有IOMMU，GART或其他地址轉換技術的計算機。 為了適應這種情況，請使用各種DMA API來獲取一組適合您的設備使用的邏輯地址。 在許多情況下，這些邏輯地址將等同於您提出的問題的物理地址，但並非總是如此。

您使用哪種DMA API取決於您的設備是否可以處理分散/收集列表等。 您的驅動程序在其設置代碼中將調用IoGetDmaAdapter並使用它返回的一些函數。

通常，您會對GetScatterGatherList和PutScatterGatherList感興趣。 您提供了一個函數（ExecutionRoutine），它實際上對您的硬件進行編程以進行傳輸。

涉及很多細節。 祝好運。

Answer 5

你真的不應該在usermode中做這樣的事情; 正如克里斯托弗所說的那樣，你需要鎖定頁面，以便在設備使用時mm不會決定將你的后備內存分頁，這最終會破壞隨機內存頁面。

但是如果調用進程是驅動程序，並且我正在使用我的應用程序來調用該函數的驅動程序，那么我正在更改上下文，當調用mmGetPhysicalAddress例程時，我不再處於應用程序的上下文中

驅動程序沒有像用戶模式應用程序那樣的上下文; 如果您通過IOCTL或其他東西調用驅動程序，通常（但不保證！）在調用用戶線程的上下文中。 但實際上，這對你所要求的並不重要，因為內核模式內存（任何高於0x80000000的內容）無論你身在何處都是相同的映射，你最終會在內核端分配內存。 但是，再次寫一個合適的驅動程序 。 使用WDF（ http://www.microsoft.com/whdc/driver/wdf/default.mspx ），它將使編寫正確的驅動程序更容易（雖然仍然相當棘手，Windows驅動程序編寫並不容易）

編輯：只是想我會拋出一些書籍參考來幫助你，你絕對應該（即使你不追求寫作驅動程序）閱讀Russinovich和Solomon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 ）; 編程Microsoft Windows驅動程序模型也很好（ http://www.amazon.com/Programming-Microsoft-Windows-Driver-Second/dp/0735618038/ref=sr_1_1?ie=UTF8&s=books&qid=1229284726&sr=1-1 ）

Answer 6

等等，還有更多。 對於在客戶的Vista 64位上運行的特權，您可以花費更多的時間和金錢讓您的內核模式驅動程序讓我的Microsoft退出，