最近学习了一下PHYSICAL_MEMORY对象,总结之

Windows内存管理技巧
本文介绍了一个利用Windows内存管理API的方法,通过设置PHYSICAL_MEMORY对象的权限并映射PTE来实现从用户态读取内核数据的过程。文章提供了一段示例代码,用于将虚拟地址转换为物理地址。

最近学习了一下Windows的内存管理方面的知识,包括了PTE的修改和PHYSICAL_MEMORY的内核对象。

从网上得到了一段杀伤力很强的代码(似乎是Zwell以前写的) ,就是通过设置物理内存对象的可读写,再加上映射PTE的方式从而在Ring3环境下读取内核数据。这正是我想要,于是乎严重地学习了一下,前面已经有人总结过关键步骤了,如下:

1、用ZwOpenSection打开PHYSICAL_MEMORY对象,并设置可读写

2、进行虚拟地址到物理地址的转换

3、用NtMapViewOfSection进行映射,(用MapViewOfFile也可以)

4、读取或写入数据(但不是每个地方都能写的)

5、用NtUnmapViewOFSection取消映射(也可以使用UnMapViewOfFile),并关闭句柄(ZwClose)

经过这几步之后就可以为所欲为了,下面贴一段将虚拟地址转换成物理地址的代码,(在此得感谢Zwell的代码,使我的学习过程简化了不少):

//----------------------------------------------------------------
// paramenter : PULONG
//              PVOID
// return     : PVOID
//   convert linear address to physical address
//----------------------------------------------------------------
PVOID LinearToPhys(PULONG BaseAddress, PVOID addr)
{
    ULONG VAddr = (ULONG)addr, PGDE, PTE, PAddr;
    if ( VAddr >= 0x80000000 && VAddr < 0xa0000000 )//对于虚拟地址在0x80000000至0xa0000000这间的
    {                                                                                                //可以将虚拟的高3位置0,这样就能得到物理地址
        PAddr = VAddr - 0x80000000;
        return (PVOID)PAddr;
    }
    PGDE = BaseAddress[ VAddr >> 22 ];                            //在PDT中索引得到PDE
    if ( (PGDE&1) != 0 )
    {
        ULONG tmp = PGDE & 0x00000080;                     //如果是4M的分页则没有PageTable,用PDE的高10位 加上
        if ( tmp!=0 )                                                                //虚拟地址的低22位就可以了,所说这样是为性能的考虑
        {
            PAddr = ( PGDE & 0xFFC00000 ) + ( VAddr & 0x003FFFFF );
        }
        else                                                                                //如果是4K的分页
        {
           PGDE = (ULONG) MapViewOfFile (                        //映射到物理内存
                                                                  g_hMPM,
                                    FILE_MAP_ALL_ACCESS,
                                    0,
                                    PGDE & 0xfffff000,
                                    0x1000
                    );
            PTE  = ( (PULONG)PGDE )[ (VAddr&0x003FF000) >> 12 ];    //用虚拟地址的中间10位来索引到PTE
            if ( (PTE&1) != 0 )                                                                        //是否有效
            {
                PAddr = ( PTE & 0xFFFFF000 ) + ( VAddr & 0x00000FFF );//用PTE的高20位加上虚拟地址的低12
                UnmapViewOfFile( (PVOID)PGDE );                                                //就可以了,这时取消映射
            }
            else return 0;
        }
    }
    else return 0;

    return (PVOID)PAddr;
}

这是主要的代码了,另外还有一段代码就是用来打开对象,并设置其可读写的,后来自已加了一点代码(不超过15行)就可以指哪打哪了。

当时为了试验随便改了一下,不想改的就是PTE,后来在启动IceSwrod的时候直接重启了,比较汗。

以前听HOPY说,他用驱动试的修改PTE成功了,但用物理内存却没有成功,貌似我没有遇到过这种情况,呵呵!

 

<think>嗯,用户问的是计算机体系结构或内存管理中的physicalregiondescriptor概念。根据之前的对话历史,用户似乎正在研究内存管理相关主题,特别是物理地址空间的管理机制。用户可能是一位计算机专业的学生或工程师,正在深入学习操作系统的内存管理细节。从ta连续追问专业术语的行为看,ta的需求可能包括:理解底层内存管理数据结构、掌握物理内存区域描述方法、了解其与虚拟内存的关联。需要重点解析的关键点有三个:第一是PRD的本质定义,它作为描述物理内存区域的数据结构;第二是其典型字段组成,包括起始地址、长度、属性标志等;第三是操作系统中的实际应用场景,如引导阶段的内存初始化。特别要注意引用资料中关于物理地址空间管理的描述(引用1),其中提到物理地址空间被分割为页帧,这与PRD的管理对象直接相关。虽然其他引用主要讨论虚拟内存,但可以反推PRD在物理层的对应关系。在技术细节上需要区分:PRD通常由固件(如BIOS/UEFI)生成,操作系统内核会解析这些描述符来构建内存映射图。例如x86架构的E820内存映射表就是PRD的典型实现。考虑到用户的专业程度,回答中应该包含具体的技术要素如内存类型(DRAM/MMIO)、属性标志(可缓存性),但也要避免过度深入硬件细节而偏离操作系统层面的管理逻辑。最后用内存分配器的例子说明PRD的实际价值会帮助用户建立系统级认知。</think>Physical Region Descriptor (PRD) 是计算机体系结构和内存管理中用于**描述物理内存区域(连续块)的数据结构**,主要由固件(如 BIOS/UEFI)或操作系统内核使用,用于在系统初始化阶段或内存管理子系统中**标识和描述物理内存的布局和属性**。 **核心概念与用途:** 1. **物理内存布局描述:** * 系统启动时,固件(如 U820/E820/EFI Memory Map)会探测并枚举系统上所有可用的物理内存区域。 * 每个检测到的**连续物理内存块**(例如:0x00000000 - 0x0009E7FF 可用 RAM, 0x000A0000 - 0x000FFFFF 保留给 VGA)都会由一个 PRD 条目来描述。 * **作用:** 向操作系统内核提供完整的物理内存地图,明确哪些区域是可用 RAM,哪些是硬件保留(如 MMIO 寄存器区域、ACPI 表、ROM),哪些是坏的等[^1]。 2. **内存区域属性定义:** * 每个 PRD 不仅包含内存块的起始物理地址 (`Base Address`) 和长度 (`Length`),还包含描述其**特性**的标志 (`Flags`): * **类型:** 可用 RAM (`E820_RAM`), 硬件保留 (`E820_RESERVED`), ACPI 可回收内存 (`E820_ACPI`), ACPI 非易失性存储 (`E820_NVS`), 坏内存 (`E820_UNUSABLE`), 持久内存 (`E820_PMEM`) 等。 * **可缓存性:** 是否可缓存 (`WB`/`WT`/`UC`/`WC`/`WP`)。 * **可执行性:** 是否允许代码执行 (`NX`/`XD` 位)。 * **作用:** 内核根据这些属性决定如何使用该区域(例如:是否可用于分配,是否可映射为用户空间可访问,是否可执行代码)。 3. **内存管理子系统初始化:** * 操作系统内核(如 Linux, Windows NT)在引导早期阶段会解析固件传递的 PRD 表(如 `e820_table`)。 * 内核根据 PRD 信息: * 构建其内部的物理内存管理器数据结构(如 `mem_map` 数组)。 * 初始化**页帧分配器**(如 Linux 的 `Buddy Allocator`),仅将标记为 `可用 RAM` 的物理页帧加入空闲列表[^1]。 * 标记保留区域,防止内核或用户程序意外访问硬件寄存器或 ROM 空间。 * 设置内存区域的缓存策略和执行权限。 4. **DMA 操作(特定场景):** * 在一些较旧的或特定的 DMA 控制器设计中(如 ISA DMA 的 `PRD Table`),PRD 用于描述**物理内存中的缓冲区**(起始地址、传输长度、结束标志),供 DMA 控制器直接读取并执行数据传输,绕过 CPU。这与描述整个系统物理内存布局的 PRD 概念不同,属于特定硬件上下文。 **PRD 的典型数据结构(简化示例):** ```c struct physical_region_descriptor { uint64_t base_address; // 物理内存区域的起始地址 uint64_t length; // 区域的长度(字节) uint32_t type; // 区域类型 (E820_RAM, E820_RESERVED, etc.) uint32_t flags; // 附加属性 (缓存属性, 执行权限等) }; ``` **总结关键点:** * **核心作用:** 提供系统物理内存的“地图”和“说明书”,告诉操作系统物理内存在哪里、有多大、能用来做什么、不能做什么。 * **提供者:** 主要由固件(BIOS/UEFI)在启动时探测生成,并传递给操作系统内核。 * **消费者:** 操作系统内核(特别是内存管理子系统)是主要使用者,用于初始化物理页帧管理、建立安全访问规则。 * **内容:** 描述连续的物理内存块,包含其位置(基地址)、大小、类型(可用/保留/...)和属性(缓存/执行)。 * **重要性:** 是操作系统正确、安全、高效管理物理内存的基础。没有准确的 PRD 信息,内核无法知道哪些物理内存可用,也无法正确设置硬件相关的内存属性。 **相关问题:** 1. **操作系统内核如何利用 PRD 初始化其物理内存管理?** (涉及 `mem_map`, Buddy Allocator 初始化)[^1] 2. **固件(如 UEFI)如何探测物理内存并生成 PRD 表?** (ACPI, SMBIOS 机制) 3. **PRD 中的内存类型(如 `E820_RESERVED`)具体代表哪些硬件区域?** (MMIO, BIOS ROM, ACPI Tables) 4. **PRD 中的缓存属性标志 (`WB`/`UC`) 如何影响 CPU 和设备的访存性能与正确性?** (内存一致性, DMA 操作) 5. **现代操作系统(如 Linux)在运行时是否会动态修改 PRD 信息?什么情况下会?** (热插拔内存, `kexec`) 6. **PRD 与虚拟内存管理中的页表 (`Page Table`) 和页表项 (`PTE`) 有何联系与区别?** (物理 vs 虚拟, MMU 硬件)[^2][^4] 7. **在支持持久内存 (PMEM) 的系统上,PRD 如何描述这种新型内存?** (`E820_PMEM` 类型) 8. **DMA 操作中使用的 `PRD Table` 与系统级的物理内存描述符 (`Physical Region Descriptor`) 概念有何异同?** (特定硬件上下文 vs 全局内存布局) [^1]: 物理地址空间被内核分割为页帧,PRD 提供初始物理内存布局供内核构建页帧管理。 [^2]: PTE 管理虚拟到物理的映射及状态(有效/无效),而 PRD 描述物理内存本身的原始布局和属性。 [^4]: 页表项中的状态位(如 `Present`)最终决定了虚拟页是否映射到由 PRD 描述的可用物理页帧上。
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