打印内核的页表条目

Question

具有4级页表的虚拟内存映射:

0000000000000000 - 00007fffffffffff (=47 bits) user space, different per mm
ffff800000000000 - ffff80ffffffffff (=40 bits) guard hole
ffff880000000000 - ffffc7ffffffffff (=64 TB) direct mapping of all phys. memory
ffffc80000000000 - ffffc8ffffffffff (=40 bits) hole
ffffc90000000000 - ffffe8ffffffffff (=45 bits) vmalloc/ioremap space
ffffe90000000000 - ffffe9ffffffffff (=40 bits) hole
ffffea0000000000 - ffffeaffffffffff (=40 bits) virtual memory map (1TB)
ffffffff80000000 - ffffffffa0000000 (=512 MB)  kernel text mapping, from phys 0
ffffffffa0000000 - fffffffffff00000 (=1536 MB) module mapping space

我知道内核尝试直接将物理地址映射到从PAGE_OFFSET直接映射区域开始的虚拟地址

ffff880000000000 - ffffc7ffffffffff (=64 TB) direct mapping of all phys. memory

但我不知道在内核代码保持页表来管理这个直接映射区域,以及如何打印出所有的4代页表的页表项在此直接映射区域.你知道怎么打印吗？

Answer 1

火影忍者:

我也有兴趣打印Linux的页面表,我偶然发现了内核源代码中的漂亮实用程序

arch/x86/mm/dump_pagetables.c

如果使用CONFIG_X86_PTDUMP设置构建内核,则可以执行此操作

cat /sys/kernel/debug/kernel_page_tables

它将遍历内核的页表层次结构并将其打印出来.但是输出有两个问题:

1. 它仅列出虚拟地址,而不是其关联的物理地址.这令我很失望,因为我最感兴趣的是非RAM系统地址(如PCI空间等)的虚拟映射 - 在其他工作中,我希望通过/ sys /在视觉上匹配我在/ proc/iomem中看到的内容核心/调试/ kernel_page_tables.
2. 它没有提供打印每个进程页表的方法.据我所知,每个linux进程和init_level_4_pgt(内核的原始(启动后)页面表)共享其虚拟地址空间的很大一部分:从病房的PAGE_OFFSET到精确.我想这样做是因为在用户进程的上下文中运行的内核代码(通过系统调用)可以访问内核内存.无论如何,我认为看到这一切在行动中会非常巧妙.

这是我修补的3.13.11内核的链接,修复了这两个问题(修复的分支是page_table_print).

要使用,只需做

echo <pid_of_interest> > /proc/sys/debug/pgt_dump_process_id

其中pid_of_interest如果你要监视的页面表的进程的pid.注意:通过做

echo -1 > /proc/sys/debug/pgt_dump_process_id

这将转储内核的页表.以下是内核页表的示例输出:

cat /sys/kernel/debug/kernel_page_tables  | more
CR3= 0x196b70000, va_CR3 = 0xffff880196b70000
Page tables for kernelPGT localtion in memory: phs = 0x1c0e000, virt  = 0xffffffff81c0e000
---[ User Space ]---
0x0000000000000000-0xffff800000000000, phy: 0x0000000000000000-0x0000800001c0e000 16777088T                           pgd
---[ Kernel Space ]---
0xffff800000000000-0xffff880000000000, phy: 0x0000800001c0e000-0x0000000001fe1000        8T                           pgd
---[ Low Kernel Mapping ]---
0xffff880000000000-0xffff880000096000, phy: 0x0000000001fe1000-0x0000000002077000      600K     RW             GLB NX pte
0xffff880000096000-0xffff880000097000, phy: 0x0000000002077000-0x0000000002078000        4K     ro             GLB NX pte
0xffff880000097000-0xffff880000098000, phy: 0x0000000002078000-0x0000000002079000        4K     ro             GLB x  pte
0xffff880000098000-0xffff880000200000, phy: 0x0000000002079000-0x00000000021e0000     1440K     RW             GLB NX pte
0xffff880000200000-0xffff880001000000, phy: 0x00000000021e0000-0x0000000002fe0000       14M     RW         PSE GLB NX pmd
0xffff880001000000-0xffff880001600000, phy: 0x0000000002fe0000-0x00000001b14a1000        6M     ro         PSE GLB NX pmd
0xffff880001600000-0xffff880001734000, phy: 0x00000001b14a1000-0x00000001b15d5000     1232K     ro             GLB NX pte
0xffff880001734000-0xffff880001800000, phy: 0x00000001b15d5000-0x00000000037e0000      816K     RW             GLB NX pte
0xffff880001800000-0xffff880001a00000, phy: 0x00000000037e0000-0x00000001b14a2000        2M     ro         PSE GLB NX pmd

这是输出后的输出

echo 1 > /proc/sys/debug/pgt_dump_process_id


cat /sys/kernel/debug/kernel_page_tables  | more
CR3= 0x17312f000, va_CR3 = 0xffff88017312f000
Page tables for process id = 1
PGT localtion in memory: phs = 0x3623f000, virt  = 0xffff88003623f000
---[ User Space ]---
0x0000000000000000-0x00007f8000000000, phy: 0x0000000000000000-0x0000000036277000   130560G                           pgd
0x00007f8000000000-0x00007ff200000000, phy: 0x0000000036277000-0x000000003627a000      456G                           pud
0x00007ff200000000-0x00007ff207800000, phy: 0x000000003627a000-0x0000000036097000      120M                           pmd
0x00007ff207800000-0x00007ff2079b5000, phy: 0x0000000036097000-0x000000003624c000     1748K                           pte
0x00007ff2079b5000-0x00007ff2079b8000, phy: 0x000000003624c000-0x000000003624f000       12K USR ro                 x  pte
0x00007ff2079b8000-0x00007ff207bbf000, phy: 0x000000003624f000-0x00000000363c3000     2076K                           pte
0x00007ff207bbf000-0x00007ff207bc1000, phy: 0x00000000363c3000-0x00000000363c5000        8K USR ro                 NX pte
0x00007ff207bc1000-0x00007ff207bc4000, phy: 0x00000000363c5000-0x00000000363c8000       12K USR ro                 x  pte
0x00007ff207bc4000-0x00007ff207bc6000, phy: 0x00000000363c8000-0x00000000363ca000        8K                           pte
0x00007ff207bc6000-0x00007ff207bc7000, phy: 0x00000000363ca000-0x00000000363cb000        4K USR ro                 x  pte
0x00007ff207bc7000-0x00007ff207dcb000, phy: 0x00000000363cb000-0x00000000363d0000     2064K                           pte
0x00007ff207dcb000-0x00007ff207dcd000, phy: 0x00000000363d0000-0x00000000363d2000        8K USR ro                 NX pte
0x00007ff207dcd000-0x00007ff207dd2000, phy: 0x00000000363d2000-0x00000000363d7000       20K USR ro                 x  pte
0x00007ff207dd2000-0x00007ff207fe3000, phy: 0x00000000363d7000-0x00000000363fe000     2116K                           pte
0x00007ff207fe3000-0x00007ff207fe5000, phy: 0x00000000363fe000-0x0000000036400000        8K USR ro                 NX pte
0x00007ff207fe5000-0x00007ff207fe7000, phy: 0x0000000036400000-0x0000000036402000        8K                           pte
0x00007ff207fe7000-0x00007ff207fec000, phy: 0x0000000036402000-0x0000000036407000       20K USR ro                 x  pte
0x00007ff207fec000-0x00007ff207fed000, phy: 0x0000000036407000-0x0000000036408000        4K                           pte
0x00007ff207fed000-0x00007ff207fef000, phy: 0x0000000036408000-0x000000003640a000        8K USR ro                 x  pte
0x00007ff207fef000-0x00007ff2081ef000, phy: 0x000000003640a000-0x0000000036214000        2M                           pte
0x00007ff2081ef000-0x00007ff2081f1000, phy: 0x0000000036214000-0x0000000036216000        8K USR ro                 NX pte

我觉得这很漂亮,我希望别人也这么认为.:)

Answer 2

每个进程都有自己的页面全局目录（PGD），其指针存储在CR3寄存器中，当内核调度进程运行时加载该指针。内核还为进程交换器保留自己的 PGD（如果我没记错的话），它存储在 init_mm.pgd 结构成员中。您应该能够在此 PGD 中找到您要查找的页面。

不幸的是，除非您在虚拟机中运行，否则我知道没有简单的方法可以到达 CR3。您可以使用 GDB 获取 init_mm 结构，如下所示：

• 获取一个带有与当前内核匹配的调试符号的内核。匹配必须准确，所以最好使用相应的发行包。有关 Ubuntu 说明，请参阅如何获取 Ubuntu 调试内核。

• 假设您正在运行一个具有正常运行的 /proc/kcore 的发行版（例如 Ubuntu），您可以这样做 gdb <debugguing kernel image> /proc/kcore

• 现在 p init_mm.pgd 获取内核 PGD 的地址。

• 您现在可以使用它进行转储 dump mem <file name> <pgd start> <pgd start + 0x1000> （如果 PGD 适合 4K 页面）

要获取与您感兴趣的内存范围相对应的所有较低级别的表，您必须从 PGD 开始遍历它们，无论是手动还是在 GDB 中使用 python 脚本。