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Linux内核分析与应用2-内存寻址

本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。...讲的非常之好，推荐观看 留此记录，蜻蜓点水,可作抛砖引玉 2.1 内存寻址 数据连续存储和选择读取思想,是目前我们使用的几乎所有机器运行背后的灵魂 计算机体系结构中的核心问题之一,就是如何有效地进行内存寻址...; 内存寻址技术,从某种程度上代表了计算机技术...."保护模式"的引入: 访问内存时不能直接从段寄存器中获得段的起始地址,而需经过额外的转化或检查 "黄金时代": Linux内核中的C和汇编语言 用的GNU的扩展C 汇编语言用的是AT&T的汇编格式与...段地址 虚拟地址转换与段分割 参考资料 [1] Linux 内核分析与应用: https://next.xuetangx.com/course/XIYOU08091001441/1516763

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驱动开发：内核物理内存寻址读写

在某些时候我们需要读写的进程可能存在虚拟内存保护机制，在该机制下用户的CR3以及MDL读写将直接失效，从而导致无法读取到正确的数据，本章我们将继续研究如何实现物理级别的寻址读写。...首先，驱动中的物理页读写是指在驱动中直接读写物理内存页（而不是虚拟内存页）。...这种方式的优点是它能够更快地访问内存，因为它避免了虚拟内存管理的开销，通过直接读写物理内存，驱动程序可以绕过虚拟内存的保护机制，获得对系统中内存的更高级别的访问权限。...// 这段代码实现了将物理地址映射到内核空间，然后将物理地址对应的数据读取到指定的缓冲区中。...另外，该代码也没有考虑内核模式下访问用户空间数据的问题，因此也需要进行进一步的检查和处理。

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驱动开发：内核物理内存寻址读写

在某些时候我们需要读写的进程可能存在虚拟内存保护机制，在该机制下用户的CR3以及MDL读写将直接失效，从而导致无法读取到正确的数据，本章我们将继续研究如何实现物理级别的寻址读写。...首先，驱动中的物理页读写是指在驱动中直接读写物理内存页（而不是虚拟内存页）。...这种方式的优点是它能够更快地访问内存，因为它避免了虚拟内存管理的开销，通过直接读写物理内存，驱动程序可以绕过虚拟内存的保护机制，获得对系统中内存的更高级别的访问权限。...// 这段代码实现了将物理地址映射到内核空间，然后将物理地址对应的数据读取到指定的缓冲区中。...另外，该代码也没有考虑内核模式下访问用户空间数据的问题，因此也需要进行进一步的检查和处理。

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内存寻址方式

mov cx,3 s0: mov al,[bx+si] and al,11011111b mov [bx+si],al inc si loop s0 add bx,16 pop cx loop s 用于内存寻址的寄存器...只有bx bp si di可以用在对内存单元([])的寻址 错误的指令: mov ax,[cx] mov ax,[ax] mov ax,[dx] mov ax,[ds] 一般来说bx和bp作为基址寄存器...ax,1 add bx,2000h or bx,00010000b mov al,'a' 寄存器 mov ax,bx 段地址和偏移地址 前面说到的内存寻址的几种方式都可以 指令处理的数据长度 字操作 直接用...以上数据传输的长度是一个字 mov byte ptr ds:[0],1 inc byte ptr [bx] inc byte ptr ds:[0] add byte ptr [bx],2 以上数据传输的长度是一个字节 内存寻址综合应用...如何通过编程修改指定内存中的数据 我们之前已经学习过很多种内存寻址的方式，包括直接寻址 寄存器间接寻址 相对寻址等寻址方式。

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Linux内核高端内存

Linux内核地址映射模型 x86 CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址，经过段页式地址映射后，才真正访问物理内存。 段页式机制如下图。 ?...Linux内核地址空间划分 通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。 ?...Linux内核高端内存的由来 当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0x3，0xc0000004...Linux内核高端内存的理解 前面我们解释了高端内存的由来。...2、64位内核中有高端内存吗？ 目前现实中，64位Linux内核不存在高端内存，因为64位内核可以支持超过512GB内存。若机器安装的物理内存超过内核地址空间范围，就会存在高端内存。

4.3K31

【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ③ ( Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 | 统计输出 vmalloc 分配的内存 )

文章目录 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 ---- Linux 内核 " 动态分配内存 "...是通过 " 系统接口 " 实现的 , 下面介绍几个重要的 接口函数 ; ① 以 " 页 " 为单位分配内存 : alloc_pages , __get_free_page ; ② 以 " 字节 " 为单位分配..." 虚拟地址连续的内存块 " : vmalloc ; ③ 以 " 字节 " 为单位分配 " 物理地址连续的内存块 " : kmalloc ; 注意 该 " 物理地址连续的内存块 " 是以 Slab 为中心的...; 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 ---- 执行 grep vmalloc /proc/vmallocinfo 命令 , 可以统计输出 通过 vmalloc 函数分配的 " 虚拟地址连续的内存块

5.1K30

Linux内存寻址之分段机制及分页机制【转】

前言 本文涉及的硬件平台是X86，如果是其他平台的话，如ARM，是会使用到MMU，但是没有使用到分段机制； 最近在学习Linux内核，读到《深入理解Linux内核》的内存寻址一章。...于是，查找了很多资料，最终理顺了内存寻址的知识。现在把我的理解记录下来，希望对内核学习者有一定帮助，也希望大家指出错误之处。...实模式的诞生（16位处理器及寻址） 在8086处理器诞生之前，内存寻址方式就是直接访问物理地址。8086处理器为了寻址1M的内存空间，把地址总线扩展到了20位。...参考资料 《深入分析Linux内核源码》 在上一篇文章Linux内存寻址之分段机制中，我们了解逻辑地址通过分段机制转换为线性地址的过程。下面，我们就来看看更加重要和复杂的分页机制。...最后分享两篇linux内存寻址的实验文档，结合实例更容易理解。 Linux内存地址映射 Linux内核在x86_64 CPU中地址映射

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Linux内核编程--内存映射和共享内存

文件的内存映射示意图： 对于用户进程和内核进程： 将用户进程的一段内存区域映射到内核进程，映射成功后，用户进程对这段内存区域的修改直接反映到内核空间，同样，内核进程对这段内存区域的修改也直接反映到用户空间...没有内存映射的I/O操作示意图： 磁盘->内核空间->用户空间 有内存映射的I/O操作示意图：少了一个copy操作 内存映射的优点： 减少了拷贝次数，节省I/O操作的开支 用户空间和内核空间可以直接高效交互...offset); start：用户进程中要映射的某段内存区域的起始地址，通常为NULL（由内核来指定） length：要映射的内存区域的大小 prot：期望的内存保护标志 flags：指定映射对象的类型...一般用信号量来同步共享内存的访问。 共享内存区在系统存储中的位置： 为什么要用共享内存： 对于涉及到内核操作的，内核和进程之间，经历了四次复制操作，开销很大。..., int shmflg) --shmid：共享内存区的标识id，shmget的返回值 --shmaddr：共享内存附加到本进程后在本进程地址空间的内存地址，若为NULL，由内核分配地址。

5.8K10

Linux 内核 VS 内存碎片 （下）

从 Linux 内核 VS 内存碎片 （上） 我们可以看到根据迁移类型进行分组只是延缓了内存碎片，而并不是从根本解决，所以随着时间的推移，当内存碎片过多，无法满足连续物理内存需求时，将会引起性能问题。...因此仅仅依靠此功能还不够，所以内核又引入了内存规整等功能。...内存规整 在内存规整引入之前，内核还使用过 lumpy reclaim 来进行反碎片化，但在我们当前最常用的 3.10 版本内核上已经不存在了，所以不做介绍，感兴趣的朋友请从文章开头整理的列表中自取，我们来看内存规整...对于 3.10 版本内核，内存规整的时机如下： 在分配高阶内存失败后 kswapd 线程平衡 zone； 直接内存回收来满足高阶内存需求，包括 THP 缺页异常处理路径； khugepaged 内核线程尝试...，但需要对内核相关子系统的工作原理要有一定理解，对客户的内核版本也有一定要求。

3.6K30

Linux 内核 VS 内存碎片 （上）

（外部）内存碎片是一个历史悠久的 Linux 内核编程问题，随着系统的运行，页面被分配给各种任务，随着时间的推移内存会逐步碎片化，最终正常运行时间较长的繁忙系统可能只有很少的物理页面是连续的。...由于 Linux 内核支持虚拟内存管理，物理内存碎片通常不是问题，因为在页表的帮助下，物理上分散的内存在虚拟地址空间仍然是连续的 （除非使用大页），但对于需要从内核线性映射区分配连续物理内存的需求来说就会变的非常困难...如果内核编程不再依赖线性地址空间的高阶物理内存分配，那么内存碎片问题就从根本上解决了，但对于 Linux kernel 这样庞大的工程来说，这样的修改显然是不可能的，所以从 Linux 2.x 版本至今...反碎片简史 在开始正题前，先为大家汇总了部分 Linux 内核开发史上为改善高阶内存分配而做出的所有努力。这里的每一篇文章都非常值得细细的读一读，期望这个表格能为对反碎片细节感兴趣的读者带来便利。...Linux 在经典算法的基础上做了一些个扩展： 分区的伙伴分配器； Per-CPU pageset； 根据迁移类型进行分组； 我们以前介绍过 Linux 内核使用 node, zone, page 来描述物理内存

3.4K40

详解Linux内核内存管理架构

内存管理子系统可能是linux内核中最为复杂的一个子系统，其支持的功能需求众多，如页面映射、页面分配、页面回收、页面交换、冷热页面、紧急页面、页面碎片管理、页面缓存、页面统计等，而且对性能也有很高的要求...linux的内存映射管理是通过页表来实现的，但是页表是放在内存中的，如果每次地址转换过程都需要访问一次内存，其效率是十分低下的。这里CPU通过TLB硬件单元来加速地址转换。...DMA内存动态分配地址空间：一些DMA设备因为其自身寻址能力的限制，不能访问所有内存空间。如早期的ISA设备只能在24位地址空间执行DMA，即只能访问前16MB内存。...直接内存动态分配地址空间：因为访问效率等原因，内核对内存采用简单的线性映射，但是因为32位CPU的寻址能力（4G大小）和内核地址空间起始的设置（3G开始），会导致内核的地址空间资源不足，当内存大于1GB...持久映射空间在内核上下文切换时，其TLB不刷新，所以它们映射的高端地址空间寻址效率较高。其分配通过kmap接口来申请。

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【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ① ( 内存管理架构组成 | 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 | Linux 内核架构层次 | Linux 系统调用接口 )

文章目录 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 ) 二、Linux 内核架构层次 三、Linux 系统调用接口 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU..." ; ② 内核空间 : Linux 内核启动后 , 一直 驻留在内存 中 , 应用程序 不能 读写 内核空间数据 , 不能直接调用 内核源码 中的函数 ; 只能通过 " 系统调用 " 间接调用 内核函数...组成 ; 层次架构如下 : Linux 内核 需要 " 管理硬件 " , 如 : CPU 处理器 , 内存 , I/O 设备 , 网络设备 等 ; Linux 内核 还需要 向上层的 " 应用程序..." 或 " Library Routine " 提供 API 接口 , 如 : 系统调用 ; 三、Linux 系统调用接口 ---- " 系统调用 " 接口 , 可以调用 " " Linux 内核 "...中的如下功能 : ① 进程调度 : 内核 调用 CPU 处理器 实现 进程调度 ; ② 内存管理 : 内核 调用 物理内存 实现 内存管理 ; ③ IPC 跨进程通信 ④ VFS 虚拟文件系统

9.5K40

聊聊Linux内核的内存回收上篇

概述 内存回收是把已经使用过的的物理页帧重新放回到内核中的buddy系统(buddy系统用于申请空闲物理页帧的子系统)管理中，解决内存紧张的问题；内存回收的页帧包括未修改的文件页帧、修改且完成同步的文件页帧...内核对所有用户态进程消耗的RAW内存总量不做严格的约束，当系统负载相对较低的时候，内存大部分被磁盘高速缓存使用，随着系统负载增大，系统进程使用的内存越来越多，磁盘的高速缓存占用的内存就会被缩小，内存页帧的回收必须在消耗所有空闲页帧之前进行...如果内核尝试回收后仍然无法获得物理页帧，内核会执行find_bad_process找到一个进程并且执行OOM Kill释放这个进程占用的物理页帧。...内核中同时存在slab allocation,它用于内核数据结构的申请。slab分配器在频繁申请和释放的情况下效率比较高 基于LRU页帧链表 内存页帧是有映射的，映射到一个或者多个进程的虚拟空间。...内核一般用内存页帧的引用次数来表示页帧的活跃程度。一个内存区zone将空闲页帧和已经在使用的页帧分别用buddy系统和 zone的LRU链表管理。

1.7K30

Linux内核内存检测工具KASAN

KASAN 是 Kernel Address Sanitizer 的缩写，它是一个动态检测内存错误的工具，主要功能是检查内存越界访问和使用已释放的内存等问题。...KASAN 集成在 Linux 内核中，随 Linux 内核代码一起发布，并由内核社区维护和发展。本文简要介绍 KASAN 的原理及使用方法。 一、KASAN的原理和使用方法 1....由于1/8的内存用于shadow memory，可用内存会减少1/8，例如8GB的内存，打开KASAN后，MemTotal约为6.72GB。...KASAN原理概述 KASAN利用额外的内存标记可用内存的状态，这部分额外的内存被称作shadow memory（影子区），KASAN将1/8的内存用作shadow memory。...二、总结 KASAN通过建立影子内存来管理内存访问的合法性，可以有效检测内存越界等问题，但无法发现因逻辑问题导致的合法内存的内容改写问题。

7.2K21

Linux内核理解 Memory barrier（内存屏障）

本文例子均在 Linux（g++）下验证通过，CPU 为 X86-64 处理器架构。所有罗列的 Linux 内核代码也均在（或只在）X86-64 下有效。...腾讯T6-9首发“Linux内核源码嵌入式开发进阶笔记”，差距不止一点点哦Memory barrier 简介程序在运行时内存实际的访问顺序和程序代码编写的访问顺序不一定一致，这就是内存乱序访问。...【文章福利】小编推荐自己的Linux内核技术交流群:【865977150】整理了一些个人觉得比较好的学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！！！...避免编译时内存乱序访问的办法就是使用编译器 barrier（又叫优化 barrier）。Linux 内核提供函数 barrier() 用于让编译器保证其之前的内存访问先于其之后的完成。...在 Linux 内核中，提供了一个宏 ACCESS_ONCE 来避免编译器对于连续的 ACCESS_ONCE 实例进行指令重排。

1.8K00

Linux内核内存泄漏怎么办?

Linux内核内存泄漏怎么搞? 1、Kmemleak介绍 在Linux内核开发中，Kmemleak是一种用于检测内核中内存泄漏的工具。...内存泄漏指的是程序中已经不再使用的内存没有被妥善地释放，导致内存的浪费。内核中的内存泄漏同样会导致系统性能下降、系统崩溃等问题。...Kmemleak能够检测内核中的内存泄漏，通过检测内核中未被释放但又无法找到其使用位置的内存，进一步定位、修复内存泄漏的问题。...dump=0xffffffc008efd200 > /sys/kernel/debug/kmemleak即可查看详细信息 2.3 通过Linux启动参数控制开关 Kmemleak的默认开关状态可以通过...CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF 配置来控制，当然也可以通过向Linux内核启动参数中加入kmemleak=off来控制。

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Linux内核内存管理与漏洞利用

前言 网上已经有很多关于Linux内核内存管理的分析和介绍了，但是不影响我再写一篇：一方面是作为其他文章的补充，另一方面则是自己学习的记录、总结和沉淀。...使用Buddy算法的的应用有很多，其中Linux内核就是一个，此外jemalloc也是使用Buddy技术的一个现代内存分配器。 Linux内核中的伙伴系统块大小为一页，通常是4096字节。...【文章福利】【Linux内核内存管理专题训练营】火热开营！！...最新Linux内核技术详解 独家Linux内核内存管理干货分享 入营地址：inux内核内存管理专题训练营 两天持续技术输出： -------------------- 第一天： 1.物理内存映射及空间划分...其中partial是Linux内核中可插拔式通用双链表结构，使用内核中双链表的接口进行操作。nr_partial表示partial双链表中的元素个数，即slab的个数。

2.3K00

【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ① ( 查看 Linux 操作系统位数 | 查看 Linux 操作系统软硬件信息 )

文章目录 一、查看 Linux 操作系统位数 二、查看 Linux 操作系统软硬件信息 一、查看 Linux 操作系统位数 ---- 在 64 位的 Linux 中 , 使用 48 位 表示 "...虚拟地址空间 " ; 使用 45 位 表示 " 物理地址空间 " ; 执行 getconf LONG_BIT 命令 , 可以查看 Linux 操作系统 是 32 位还是 64 位的 ;...得到结果 64 , 说明该系统是 64 位 Ubuntu Linux 操作系统 ; 二、查看 Linux 操作系统软硬件信息 ---- 执行 cat /proc/cpuinfo 命令 , 可以查看..." Linux 内核位数 “ 和 ” 系统的软硬件信息 " ; 输出内容解析 : vendor_id : GenuineIntel CPU 制造商 GenuineIntel cpu family :...内核启动时测量的 CPU 速度 clflush size : 64 每次刷新的缓存大小 cache_alignment : 64 缓存地址对齐单位 address sizes : 42 bits physical

31.8K20

汇编语言内存寻址方式--04

] [bx+si+idata]和[bx+di+idata]方式指定地址 案例 不同的寻址方式的灵活应用 对内存的寻址方式 案例1：灵活应用不同的寻址方式 案例2：灵活应用不同的寻址方式 二重循环问题的处理...-法1 二重循环问题的处理-法2、法3 不同寻址方式演示 内存的寻址方式 直接寻址过程 寄存器间接寻址过程 寄存器相对寻址过程 基址变址寻址过程 相对基址变址寻址过程 用于内存寻址的寄存器 哪些寄存器用于寻址...用于内存寻址的寄存器用法 在哪里？有多长？ 两个基本问题 汇编语言中数据位置的表达 指令要处理的数据有多长？...-法2、法3 ---- 不同寻址方式演示 内存的寻址方式 ---- 直接寻址过程 取指令的过程 取数据的过程 某段内存到底是被当做数据还是指令，完全由我们自己决定 ---- 寄存器间接寻址过程...取指令的过程 取数据的过程 ---- 相对基址变址寻址过程 取指令的过程 取数据的过程 ---- 用于内存寻址的寄存器 哪些寄存器用于寻址？

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Linux内核27-优化和内存屏障

比如说，对于Linux内核的barrier()宏，展开后就是asm volatile("":::"memory")，就是一个优化屏障。...ARM系统中，使用ldrex和strex汇编指令实现内存屏障。 3. Linux内核使用的内存屏障原语 Linux内核中使用的内存屏障原语如下，如表5-6所示。...读内存屏障只对内存的读操作指令有效；写内存屏障只对内存的写操作指令有效。smp_xxx()之类的内存屏障只对发生在多核系统里的竞态条件有效，单核系统中，什么也没有做。...表5-6 Linux内存屏障 macro 描述 mb() MP和UP的内存屏障 rmb() MP和UP的读内存屏障 wmb() MP和UP的写内存屏障 smp_mb() MP内存屏障 smp_rmb()...MP读内存屏障 smp_wmb() MP写内存屏障 内存屏障的实现跟系统架构息息相关。

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