self-mapping page tables

1. x86 10-10-12分页

　　很久之前就听说过页表的自映射机制，但始终不是很理解。直到昨天读了《Windows内核原理与实现》中内存管理一章才明白了其设计的思想。所以准备记录下来自己的理解。

　　首先我准备先从最简单的x86两级分页开始(x86 PAE\x64分页准备以后在写)，首先x86未开启PAE模式的情况下最大能够索引4GB大小的空间，由于是10-10-12分页，因此PDE有2^10项
(1024)，每个PDE又能索引2^10项(1024)个PTE，因此描述4GB大小的内存空间总共需要2^20个页表，又因为再此分页模式下每项占4个字节，所以总共需要4MB大小的空间来存放页表。


　　Windows对页表的存储是在一块连续的4MB物理空间(且地址对齐)，Windows将PTE的起始地址放在0xC0000000。由于这4M的页表描述了整个内存空间，而页表也属于这块物理内存的一部分，那么其中就肯定存在从某一项开始连续的1024项页表用来描述这4M的页表自身。如果我们将这1024项页表作为PDE，就节省了4K的PDE空间。实现了页目录表作为页表的复用。这就被称为页表自映射。


　　每个页表能够描述4KB大小的内存，因此就引出了一个PFN(page frame number)的一个概念，整个内存可以用这个PFN来描述，同时这个PFN又是PTE的索引。PTE_base = 0xC0000000的
pfn为PTE_base/0x1000 = 0xc0000,也就是说从PTE的0xC0000项开始的1024项索引自身。因为前面我们介绍了Windows的自映射机制，这里可以验证一下：
　　1.我们可以通过Cr3读取PDT基地址
　　2.PDT共1024项，每项可以索引1024个PTE,因此上面说的PTE的第0xC0000索引在PDT中为0xC0000/0x400 = 0x300项。
　　3.因此预计的实验结果是：通过cr3访问PDT第0x300项的到的PTE地址指向cr3自身。

     

　　　　通过上面实验我们可以清楚的看到Cr3的第0x300(+c00是因为每个PDT占4字节，0x300*4=0xc00)中存放的PTE为0x0039067，去掉最后12位的页表属性后为0x39000，正好是Cr3的值。验证了页表自映射的机制。我们知道Cr3中储存的第一个值就是PTE_base的物理地址，但是我们又不能直接对物理地址进行读写。所以当我们在Cr3中找到一项的值等于Cr3自身时(如上所说),我们将这一项的索引作为10-10-12分页的第一个10位索引进行左移22位的到的一个虚拟地址不就是指向PTE_base的虚拟地址了吗，如上所说，我们找到的索引22<<0x300 = 0xC000000就是PTE_base的虚拟地址，因为我们读写的是虚拟地址，所以我们就可以根据这个PTE_base的虚拟地址操纵页表。

　　因为在Win10 14316之后开启了PTE_base随机化，所以这一机制就可以用来确定PTE_base。

　　

 

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