x86 linux cr3 寄存器取消引用（如何进入页面目录？）答案

【问题标题】：x86 linux cr3 register dereference (how can I get to a page directory?)x86 linux cr3 寄存器取消引用（如何进入页面目录？）
【发布时间】：2013-07-30 18:59:58
【问题描述】：

我正在学习/修改 x86-64 linux 上的内核内存管理。我想使用下面的 asm 代码查看 cr3 指向的页面目录的开头，但取消引用 cr3 会导致内核锁定。访问 cr3 指向的正确方法是什么？注意我知道我需要在环 0 中，因此代码是一个小内核模块 (kmod.S)：

.globl init_module
.globl cleanup_module

.text
init_module:
    nop
    movq    $ENTER_MSG,     %rdi
    movq    %cr3,           %rsi
    movq    (%rsi),         %rdx
    xorq    %rax,           %rax
    callq   printk
    xorq    %rax,           %rax
    retq

cleanup_module:
    nop
    movq    $LEAVE_MSG,     %rdi
    xorq    %rax,           %rax
    callq   printk
    retq

.section .rodata
ENTER_MSG:
    .asciz "\n\nHELLO! CR3: %p, (CR3): %p\n"
LEAVE_MSG:
    .asciz "GOODBYE!\n\n"

并使用以下 Makefile 编译：

obj-m += kmodule.o
kmodule-objs := kmod.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

【问题讨论】：

%cr3 包含一个物理地址。请参阅stackoverflow.com/questions/11621911/… 了解如何“使其可见”。您需要创建一个临时映射。
甚至禁止内核使用物理地址？如果我正在编写自己的操作系统，在某些时候我不需要物理地址怎么办？谢谢弗兰克F。
Adel Qodmani，我编辑了原始问题以添加我使用的 makefile。
@boneheadgeek 不，内核未被阻止使用物理地址；只是，使用物理地址的唯一方法是……创建一个映射到它的虚拟地址。 x86 CPU 中没有允许“直接加载/存储到/从物理地址”的机制。因此...如前所述，请阅读有关如何访问此内存的其他帖子。
@boneheadgeek 澄清一下，有一种方法可以直接使用物理地址，那就是禁用 MMU（清除 %cr0 中的第 31 位）。这样做，即使是暂时的，在 Linux 中永远不安全，除非是非常特定的代码路径，因为如果在 MMU 关闭的窗口期间发生任何中断和/或 IPI 都会崩溃。所以，为了迂腐……你可以这样做，但正确的做法是……创建一个临时映射。

标签： linux assembly linux-kernel x86-64

【解决方案1】：

CR3寄存器的内容是给CPU的，不是给内核的。

软件总是使用虚拟地址。如果你想访问页表，你应该使用<asm/page.h>中的帮助宏；详情见Page Table Management（虽然有些过时了）。

【讨论】：

谢谢@CL。这与 FrankH 的回应一起帮助我弄清楚了如何得到我想要的东西。事实证明，将 PAGE_OFFSET 添加到 CR3 的物理地址就足够了（在内核模式下），以便访问相关的页表。我会投票，但分数还不够。谢谢！
@CL。我相信 CR3 的内容“用于 CPU”意味着它是供硬件页表遍历器（MMU）用来遍历这个多级页表的，对吗？因此，在我看来，必须有一些其他机制来确保包含页面目录（PGD）的物理页面不会被换出到磁盘。这是如何运作的？如果内核只是选择为运行队列中的所有进程锁定包含 PGD 的所有页面，它将消耗大量 RAM。那么它是如何完成的呢？能否请您举一个 Linux/Windows/*BSD 等商品操作系统的示例？
交换和调度由操作系统完成，而不是由 CPU 完成。要提出问题，请使用“”按钮。