10-10-12 分页机制
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10-10-12 分页机制
1. CPU是如何通过线性地址查找物理地址的？
2. MMU是什么？
3.CPU内存管理内部大体结构框架？
4.会写、直接、不缓存什么概念？
5.CR3、PDE、PTE之间的关系？
6.用一进程的内存结构分析
7.操作系统与CPU的页密度
8.使用!vtop指令解析物理地址
9.通过挂物理页来实现0地址读写
10.修改PDE与PTE属性来实现对只读内存(字符串)的操作
11.页属性的A位、D位(Dirty脏位)与G位的说明
12.PDE的PS位(大页)
1. CPU是如何通过线性地址查找物理地址的？
通过一块MMU内存控制单元
2. MMU是什么？
内存管理单元，是一个模块（我们也可以看成一个函数）。
物理地址 func(CR3，线性地址);
其就是将线性地址按我们的步骤拆分成物理地址(10-10-12)。
3.CPU内存管理内部大体结构框架？
4.回写、直接、不缓存什么概念？
三者都是针对缓存来讲的。
1)回写：先写到缓存，等一会数据量够了再写到内存中。
2)直写：写到缓存的同时直接写到内存中。
3)不缓存：不经过缓存，直接写到内存中。
5.CR3、PDE、PTE之间的关系？
6.用一进程的内存结构分析
将一全局变量的程序运行两份进程，地址同时打印出来，然后观察两者的PTE结构。
结论，一个程序运行多份，挂的不是同一个物理页。
Failed to get VadRoot
PROCESS 815d78b0 SessionId: 0 Cid: 00fc Peb: 7ffdf000 ParentCid: 0604
DirBase: 18d4f000 ObjectTable: e21786b8 HandleCount: 7.
Image: pteTest.exe
Failed to get VadRoot
PROCESS 81e96528 SessionId: 0 Cid: 00d8 Peb: 7ffd5000 ParentCid: 0604
DirBase: 193d7000 ObjectTable: e21f4ea8 HandleCount: 7.
Image: pteTest.exe
第一种情况
18d4f000
18c5a000
18943000
18943a30 02
第二种情况
193d7000
19670000
1950a000
1950aa30 02
7.操作系统与CPU的页密度
操作系统以64K为单位，CPU以4K为单位。
因此申请一块内存，最小不是4K而是一次64K，但是在内核记录时却被记录成多个4K的页的个数。
8.使用!vtop指令解析物理地址
对于分页的拆分，我们往往得到进程的CR3然后手动来拆分，当然如果我们熟练的话，可以直接使用!vtop指令。该指令会手动地帮助我们拆分物理地址。
!vtop [CR3地址] [物理地址]
使用效果：
kd> !vtop 1a3c9000 425a30
X86VtoP: Virt 0000000000425a30, pagedir 000000001a3c9000
X86VtoP: PDE 000000001a3c9004 - 19f1d067 (PDE)
X86VtoP: PTE 0000000019f1d094 - 1a286067 (PTE)
X86VtoP: Mapped phys 000000001a286a30 (物理地址)
Virtual address 425a30 translates to physical address 1a286a30.
9.通过挂物理页来实现0地址读写
线性地址0本质就是没有挂物理页，只要我们挂上物理页很容易实现
源代码：
#include "stdafx.h"
int x = 123;
int main(int argc, char* argv[])
{
printf("%x\n",&x);
getchar();
getchar();
getchar();
printf("%d\n",*(int*)0);
return 0;
}
操作方法：通过查看变量x的地址来获取其物理页的PDE、PTE，在windbg中修改零地址对应的PDE、PTE（其实只修改PTE即可，一般就是该位置为0），然后你发现就可以读取数据并不会报错。
10.修改PDE与PTE属性来实现对只读内存(字符串)的操作
注意：限制可能还被段限制，但一般是页限制，因为段一次就要限制很多，一般不会做过多限制。
我们知道PDE与PTE的后三位代表属性，具体属性见下图：
其该物理页的最终属性是 PDE & PTE 的结果。
我们结合!vtop指令，能让本来不可写的内存改为可写，具体操作如下。
#include "stdafx.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
char *str = "abc";
printf("%x",str);
getchar();
getchar();
getchar();
str[0] = 'b';
printf("%s",str);
return 0;
}
其该地址 !vtop 解析的结果:
kd> !vtop 0de1d000 423020
X86VtoP: Virt 0000000000423020, pagedir 000000000de1d000
X86VtoP: PDE 000000000de1d004 - 0b925067
X86VtoP: PTE 000000000b92508c - 03014025
X86VtoP: Mapped phys 0000000003014020
Virtual address 423020 translates to physical address 3014020.
通过分析可以看出是其PTE的属性加以修改和限制，我们来修改这个即可。
!dq b92508c 03014067
之后运行程序，就可以发现其被修改。
11.页属性的A位、D位(Dirty脏位)与G位的说明
TLB存储缓存时当写满了会进行优化，然后找到最差的将其删除，来空出位置添加新的。
A表示访问，D表示写入，G表示不可删除。
TLB表中存在A位与D位的计数索引，来达到优化的目的，但是如果G位为1，则及时其是性能最差的，其CPU也不会将其从TLB中删除的。
12.PDE的PS位(大页)
大页是以4M为一个单位，当你一次申请100M的内存时，其可能给你分配个大页。
当遇到大页时，其没有PTE，后面22位就是偏移地址，在PDE的基础上来计算其偏移地址就好，这很好理解。
