如何访问mmaped /dev/mem而不会导致Linux内核崩溃？

Question

如何访问mmaped /dev/mem而不会导致Linux内核崩溃？

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我有一个简单的程序，试图在用户空间中访问物理内存，其中内核存储了第一个struct page。在64位机器上，此地址为：

内核虚拟地址：ffffea0000000000
物理地址：0000620000000000

我正在尝试通过在用户空间中使用mmap来访问此物理地址。但是以下代码会使内核崩溃。

int *addr;
if ((fd = open("/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC)) < 0 ) {
    printf("Error opening file. \n");
    close(fd);
    return (-1);
}
/* mmap.  address of first struct page for 64 bit architectures 
 * is 0x0000620000000000.
 */
addr = (int *)mmap(0, num*STRUCT_PAGE_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE,
            fd, 0x0000620000000000);
printf("addr: %p \n",addr);
printf("addr: %d \n",*addr); /* CRASH. */

- Vinay

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mmap()函数在addr参数中返回什么值？ - BjoernD

1

@BjoernD：我在32位x86上尝试了上述方法（将mmap偏移量替换为0x01000000）; addr = 0xffffffff。当然，在解除引用时会崩溃。有什么解决办法吗？ - kaiwan

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0xffffffff等于-1 -> mmap()返回错误。根据man页，错误原因在'errno'变量中给出。你可能想要检查一下。 - BjoernD

还可以参考以下内容：如何在Linux内核中访问mmaped / dev / mem而不崩溃？，对/dev/mem的映射失败，但地址页对齐无效参数以及如何从用户空间访问内核空间？。 - jww

2个回答

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在支持PAT（页面属性表）的x86架构上，内核可以防止DRAM区域的映射（即使未设置CONFIG_NONPROMISC_DEVMEM也可以编译）。如内核源码中所述，其原因是：

This check is nedded to avoid cache aliasing when PAT is enabled

这个检查会导致类似于kaiwan上面回答中提到的错误在中出现。例如：

Program a.out tried to access /dev/mem between [mem 68200000-68201000].

这个限制可以通过禁用PAT来解除。

在启动时，在内核命令行中添加“nopat”参数即可禁用PAT。

- Safayet Ahmed

这个（正确的！）答案似乎是由一个匿名用户在你回答后8分钟复制粘贴到上面的答案中的。如果你想要它被删除，让我知道，我会将其编辑掉，因为如果没有你的同意，这样做是不公平的。 - Ciro Santilli OurBigBook.com

是我。我是那个将它添加到之前的答案中，然后又将其作为单独的答案添加的人，因为（显然）我不知道如何使用这个工具:D。 - Safayet Ahmed

好的！如果您希望将其从上面的回答中删除，请告诉我。干杯。 - Ciro Santilli OurBigBook.com

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- kaiwan · Accepted Answer

我认为我已经找到了问题所在——与x86上的/dev/mem内存映射保护有关。

请参考此LWN文章： "x86: 引入具有配置选项的/dev/mem限制" http://lwn.net/Articles/267427/ CONFIG_NONPROMISC_DEVMEM

现在（我在最近的3.2.21内核上测试过），该配置选项似乎被称为CONFIG_STRICT_DEVMEM。

我更改了我的内核配置：

$ grep DEVMEM .config
# CONFIG_STRICT_DEVMEM is not set
$

当运行上述程序时，使用了之前的内核，并设置了CONFIG_STRICT_DEVMEM：

dmesg显示：

[29537.565599] Program a.out tried to access /dev/mem between 1000000->1001000.
[29537.565663] a.out[13575]: segfault at ffffffff ip 080485bd sp bfb8d640 error 4 in a.out[8048000+1000]

这是因为内核保护机制所致。

当内核重新构建时（使用 CONFIG_STRICT_DEVMEM 未设置），并运行以上程序：

# ./a.out 
mmap failed: Invalid argument
#

这是因为“offset”参数大于1 MB（在x86上无效）（它是16MB）。

将mmap的偏移量限制在1 MB以内后：

# ./a.out 
addr: 0xb7758000
*addr: 138293760 
#

它有效！请查看上面的LWN文章以获取详细信息。

在支持PAT（页面属性表）的x86体系结构上，内核仍然防止映射DRAM区域。如内核源代码中所提到的原因是：

This check is nedded to avoid cache aliasing when PAT is enabled

这个检查会导致类似于上面提到的错误。例如：

Program a.out tried to access /dev/mem between [mem 68200000-68201000].

通过在启动时将“nopat”参数添加到内核命令行中，可以禁用PAT并移除此限制。