内存管理 —— 地址转译

最新推荐文章于 2025-03-27 13:37:18 发布

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/vins_security_lab/article/details/40964043

本文介绍了x86架构下的内存管理方式，包括段式和页式管理，并详细解析了从逻辑地址到虚拟地址再到物理地址的转换过程。通过具体实例展示了如何使用调试工具Windbg进行地址转换。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. 内存管理方式

（1）段式内存管理

（2）页式内存管理

2. 逻辑地址到虚拟地址的转换

（1）段寄存器（cs/ds/ss/es/fs/gs）的值为段选择器（Segment Selector），x86/x64段寄存器大小均为 16 位0：

（2）根据选择器（Segment Selector）的 Table Indicator 位，在 GDT 或者 LDT 中查找段描述符（Segment Descriptor）：

（3）根据段描述符（Segment Descriptor）的具体结构，得出段基址：

【x86 段描述符结构】：（注意 x64 的段描述符结构不一样）

（4）【例子】x86 下获取 fs:0 代表的虚拟地址：

2: kd> r fs  
fs=00000030  
  
2: kd> .formats 30  
Evaluate expression:  
  Binary:  00000000 00000000 00000000 00110000  
  分布 index->6 TI->0 RPL->0   
  
2: kd> r gdtr
gdtr=8c708c20

2: kd> dq 8c708c20 + (0x6 * 0x8) L1
8c708c50  8c409370`00003748

fs:0 -> 0x8c700000

2: kd> dt _kpcr 0x8c700000
nt!_KPCR
   ...
   +0x01c SelfPcr          : 0x8c700000 _KPCR
   +0x020 Prcb             : 0x8c700120 _KPRCB
   ...

3. 虚拟地址到物理地址的转换

（1）用 windbg 的 !process 查看进程信息的时候会有一个 DirBase 的项目，其实它就是进程（KProcess）结构中的一个域 DirectoryTableBase，指向进程顶层 PDE（Page Directory Entry）。且与当前进程的 cr3 寄存器的值相同。

一、首先看看 MiInitMachineDependent 这个函数，这个函数的一部分功能就是建立虚拟内存机制。里面对 KProcess.DirectoryTableBase 的操作是：

CurrentProcess->Pcb.DirectoryTableBase[0] = DirBase;

二、其次再看看 SwapContext 这个函数，这个函数是系统进行线程上下文切换的函数。其中就把 Pcb.DirectoryTableBase 赋值给了 cr3。

;
; Load the new CR3 and as a side effect flush non-global TB entries.
;

        mov     eax, [ebp]+PrDirectoryTableBase ; get new directory base
        mov     cr3, eax                ; and flush TB

（2）PDE/PTE、物理地址、PFN 之间的关系

物理地址 = PFN + 物理页面内偏移（12bit）

PDE/PTE = 其他部分 + PFN + PDE/PTE 标记（12bit）

（3）虚拟地址的分布

（4）【例子】（x86 PAE）：修改虚拟机中 calc.exe 虚拟地址为 0x8F9768 对应的物理地址内存单元

!process 0 0
PROCESS 88a64788  SessionId: 1  Cid: 0908    Peb: 7ffd9000  ParentCid: 08f8
    DirBase: 11e15460  ObjectTable: 9478afc0  HandleCount:  38.
    Image: calc.exe

1: kd> .formats 0x8F9768
Evaluate expression:
  Binary:  00000000 10001111 10010111 01101000 
  分布 2->0x0, 9->0x4, 9->0xF9, 12->0x768 

1: kd> !dq 11e15460  
#11e15460 00000000`06876801 00000000`068b8801

1: kd> !dq 06876000 + 0x8 * 0x4 
# 6876020 00000000`06e6c867 00000000`00000000

1: kd> !dq 06e6c000 + 0x8 * 0xF9
# 6e6c7c8 00000000`10b0a005 00000000`0bb82005

1: kd> !db 10b0a000 + 0x768
#10b0a768 e8 4b fd ff ff 6a 58 68-e0 98 8f 00 e8 ab ea

1: kd> !eb 10b0a768 cc