利用mmap /dev/mem 读写Linux内存

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使用 hexedit /dev/mem 可以显示所有物理内存中的信息。 运用mmap将/dev/mem map出来，然后直接对其读写可以实现用户空间的内核操作。

以下是我写的一个sample

[cpp] view
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#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/mman.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

int main()

{

unsigned char * map_base;

FILE *f;

int n, fd;

fd = open("/dev/mem", O_RDWR|O_SYNC);

if (fd == -1)

{

return (-1);

}

map_base = mmap(NULL, 0xff, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0x20000);

if (map_base == 0)

{

printf("NULL pointer!\n");

}

else

{

printf("Successfull!\n");

}

unsigned long addr;

unsigned char content;

int i = 0;

for (;i < 0xff; ++i)

{

addr = (unsigned long)(map_base + i);

content = map_base[i];

printf("address: 0x%lx content 0x%x\t\t", addr, (unsigned int)content);

map_base[i] = (unsigned char)i;

content = map_base[i];

printf("updated address: 0x%lx content 0x%x\n", addr, (unsigned int)content);

}

close(fd);

munmap(map_base, 0xff);

return (1);

}

上面的例子将起始地址0x20000（物理地址）， 长度为0xff映射出来。 然后就可以像普通数组一样操作内存。

下面是输出结果

address: 0x7f3f95391000 content 0x0 updated address: 0x7f3f95391000 content 0x0

address: 0x7f3f95391001 content 0x0 updated address: 0x7f3f95391001 content 0x1

address: 0x7f3f95391002 content 0x0 updated address: 0x7f3f95391002 content 0x2

address: 0x7f3f95391003 content 0x0 updated address: 0x7f3f95391003 content 0x3

address: 0x7f3f95391004 content 0x0 updated address: 0x7f3f95391004 content 0x4

。。。

我的测试机器是64位机。 该例子将物理地址0x20000映射到了虚拟地址0x7f3f95391000。

首先将当前地址下的内容输出， 然后写入新值。

可以通过 hexedit /dev/mem 验证新值已经写入。

如果想在用户态处理kernel分配的地址可以这么做。 首先用virt_addr = get_free_pages(GFP_KERNEL, order)分配内存，通过phy_addr = __pa(virt_addr)得到物理地址，然后在用户态将/dev/mem用mmap 映射出来， offset就是phy_addr, length设为 2^order。 此时就可以在用户态读写内核分配的内存了。

注：该操作需要有root权限。

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UNIX网络编程第二卷进程间通信对mmap函数进行了说明。该函数主要用途有三个：

1、将一个普通文件映射到内存中，通常在需要对文件进行频繁读写时使用，这样用内存读写取代I/O读写，以获得较高的性能；

2、将特殊文件进行匿名内存映射，可以为关联进程提供共享内存空间；

3、为无关联的进程提供共享内存空间，一般也是将一个普通文件映射到内存中。



函数：void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offsize);

参数start：指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL，代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址。

参数length：代表将文件中多大的部分映射到内存。

参数prot：映射区域的保护方式。可以为以下几种方式的组合：

PROT_EXEC 映射区域可被执行

PROT_READ 映射区域可被读取

PROT_WRITE 映射区域可被写入

PROT_NONE 映射区域不能存取

参数flags：影响映射区域的各种特性。在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。

MAP_FIXED 如果参数start所指的地址无法成功建立映射时，则放弃映射，不对地址做修正。通常不鼓励用此旗标。

MAP_SHARED对映射区域的写入数据会复制回文件内，而且允许其他映射该文件的进程共享。

MAP_PRIVATE 对映射区域的写入操作会产生一个映射文件的复制，即私人的“写入时复制”（copy on write）对此区域作的任何修改都不会写回原来的文件内容。

MAP_ANONYMOUS建立匿名映射。此时会忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区域无法和其他进程共享。

MAP_DENYWRITE只允许对映射区域的写入操作，其他对文件直接写入的操作将会被拒绝。

MAP_LOCKED 将映射区域锁定住，这表示该区域不会被置换（swap）。

参数fd：要映射到内存中的文件描述符。如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件，然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。

参数offset：文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。
返回值：

若映射成功则返回映射区的内存起始地址，否则返回MAP_FAILED(－1)，错误原因存于errno 中。

错误代码：

EBADF 参数fd 不是有效的文件描述词

EACCES 存取权限有误。如果是MAP_PRIVATE 情况下文件必须可读，使用MAP_SHARED则要有PROT_WRITE以及该文件要能写入。

EINVAL 参数start、length 或offset有一个不合法。

EAGAIN 文件被锁住，或是有太多内存被锁住。

ENOMEM 内存不足。

系统调用mmap()用于共享内存的两种方式：
（1）使用普通文件提供的内存映射：

适用于任何进程之间。此时，需要打开或创建一个文件，然后再调用mmap()

典型调用代码如下：

fd=open(name, flag, mode); if(fd<0) ...

ptr=mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED , fd , 0);

通过mmap()实现共享内存的通信方式有许多特点和要注意的地方，可以参看UNIX网络编程第二卷。

（2）使用特殊文件提供匿名内存映射：

适用于具有亲缘关系的进程之间。由于父子进程特殊的亲缘关系，在父进程中先调用mmap()，然后调用 fork()。那么在调用fork()之后，子进程继承父进程匿名映射后的地址空间，同样也继承mmap()返回的地址，这样，父子进程就可以通过映射区 域进行通信了。注意，这里不是一般的继承关系。一般来说，子进程单独维护从父进程继承下来的一些变量。而mmap()返回的地址，却由父子进程共同维护。 对于具有亲缘关系的进程实现共享内存最好的方式应该是采用匿名内存映射的方式。此时，不必指定具体的文件，只要设置相应的标志即可。