ユーザー モード プロセスは、仮想アドレスに対応する物理アドレスをどのように取得するのでしょうか?

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一般的に、ユーザー プロセスは物理アドレスをまったく気にしないため、プロセス仮想アドレスに対応する物理アドレスをユーザー状態から取得する必要はありません。

ユーザーは、DMA がユーザー モードで実行されるシナリオ (DPDK など) など、いくつかのアプリケーション シナリオについて懸念する場合があります。各ページのメモリ使用量やスワップアウトの有無などをデバッグして分析するシナリオもあります。

ユーザー モードから仮想アドレスに対応する物理アドレスを取得するには、プロセスのページ テーブルを調べることはできず、権限もありません。幸いなことに、カーネルはページマップと呼ばれるインターフェースを提供しており、このインターフェースはハードウェア アーキテクチャとは何の関係もありません。 /proc/pid/ の下に pagemap というファイルがあります。各ページに対して 64 ビットの記述子を生成し、物理ページ フレーム番号または仮想アドレス ページに対応する SWAP 内のスペースを記述します。詳細については、次のドキュメントを参照してください。

linux/ドキュメント/管理者ガイド/mm/ページマップ.rst

この 64 ビットの説明は次のとおりです。

アーキテクチャが異なれば MMU やページ テーブル形式も異なりますが、ページマップ インターフェイスは特定のページ テーブル形式とは何の関係もなく、抽象化されていると言えます。

次に、スワップの影響を無視し (スワップがオフになっているか、ページが常にピン状態にあると仮定)、仮想アドレスを物理アドレスに変換する DPDK のコード セクションをコピーします。

 # phys_addr_t uint64_t を定義します
#PFN_MASK_SIZE 8 を定義します
 
物理アドレス
rte_mem_virt2phy(定数 void *virtaddr)
 {
 int fd、戻り値;
        uint64_t ページ、物理アドレス;
        符号なしロング virt_pfn;
ページサイズ。
        off_t オフセット; 
 
        /* 標準ページサイズ*/
        page_size = getpagesize(); 
 
        fd = open ( "/proc/self/pagemap" 、 O_RDONLY);
        （fd < 0）の場合{
                ...
        } 
 
        virt_pfn = (符号なしlong)virtaddr / ページサイズ;
        オフセット = sizeof(uint64_t) * virt_pfn;
        (lseek(fd, offset, SEEK_SET) == (off_t) -1) の場合 {
                ...
 -1 を返します。
        } 
 
        retval =読み取り(fd、&page、PFN_MASK_SIZE);
閉じる（fd）;
        ... 
 
        /*
         * pfn（ページフレーム番号）はビット0～54です（
         * Linux ドキュメントのpagemap.txt)
         */
        ((ページ & 0x7fffffffffffffULL) == 0)の場合
-1 を返します。 
 
        物理アドレス = ((ページ & 0x7ffffffffffffffULL) * ページサイズ)
                + ((unsigned long)virtaddr % ページサイズ); 
 
物理アドレスを返します。
 }

最後のステップは、キー計算プロセスです。

物理アドレス = ((ページ & 0x7ffffffffffffffULL) * ページサイズ)
                + ((unsigned long)virtaddr % ページサイズ);

page & 0x7ffffffffffffffULL はページ フレーム番号 (PFN) を取得し、それをページ サイズで乗算してこのページの開始の物理アドレスを取得し、次に virtaddr % page_size のページ オフセットを追加して最終的な物理アドレスを取得します。

実際に上記の関数を呼び出してアドレス変換を完了してみましょう。

 int main( int argc, char *argv[])
 {
  uint8_t *p = malloc(1024 * 1024); 
 
  *(p + 4096) = 10;
  printf( "virt:%p phys:%p\n" , p + 4096, rte_mem_virt2phy(p + 4096)); 
 
  *(p + 2 * 4096) = 10;
  printf( "virt:%p phys:%p\n" , p + 2 * 4096, rte_mem_virt2phy(p + 2 * 4096));
 }

結果は次のとおりです。

 ~$ sudo ./a.out   
仮想:0x7f81e402a010 物理:0x2b601010
仮想:0x7f81e402b010 物理:0x3ceec010

カーネル モードでページマップ proc インターフェイスを実装するためのコードは、次の場所にあります。

 fs/proc/task_mmu.c

コア機能は、PTE を pagemap_entry に変換するプロセスです。興味のある方は、ぜひ読んでみてください:

ページマップ内のフラグがどのように設定されているかを知るには、赤い線の位置に特に注意してください。

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