By Lthis
上个月就想写了，一直没时间…网上大概搜了一下，原理与操作倒是一大堆，一直没看到源码实现，总得有人动手，这回轮到我了。东西写得很烂，请大牛勿喷。一直觉得靠源码的方式驱动学习是非常好的一种学习方法，比较直观！声明一下，本教程只有讨论开启PAE与关闭PAE两种，至于PSE是否开启没有管…我的虚拟机默认PSE貌似是开启滴？不知是不是写的小工具有问题….对于x64下的等我有时间再写吧。
东西都上传在压缩包中了，Codes文件夹下是工程源码，Demo文件夹下是测试案例，Tool文件夹放的是小工具的Demo和源码。
我的环境：开发环境（win7 sp1 x64 + vs2013社区版 update5 + wdk8.1）
测试环境（vm10 + win7 sp1 x86）
一、先说说未开启PAE的情况，祭出intel手册的经典图例：
这幅图就是虚拟地址转为物理地址的原理图（4k页面），看图说话，用伪代码描述一下：
1.Directory Entry(PDE) = PDBR[Directory];
2.Page-Table Entry(PTE) = PDE + Table * 4;
3.Physical Address = PTE + Offset;
由上可知，Linear Address(线性地址)中的Directory和Table其实就是个索引，在未开启PAE的情况下，PDE、PTE均是32bit（4字节，所以要Table*4），以上只是原理上的描述，实际上，PDE、PTE的后3位是属性值，所以需要把后3位抹掉。
下边上关键代码，基本都步骤都写了注释了，有需要的可以封装成函数。此外，本段代码只是测试用，写的很不规范，比如，在调用MmMapIoSpace应该调用MmUnMapIoSpace释放内存。
// 得到ring3传入的虚拟地址
size_t* pOutAddress = (size_t*)MmGetSystemAddressForMdlSafe(pIrp->MdlAddress, NormalPagePriority);
VIRTUAL_ADDRESS virtualAddress = { };
virtualAddress.ulVirtualAddress = *pOutAddress;
ULONG pdbr; _asm{
mov eax, cr3;
mov pdbr, eax;
} PHYSICAL_ADDRESS phyAddress = { };
phyAddress.LowPart = pdbr;
PULONG pPdbr = (PULONG)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
KdPrint(("pdbr = 0x%08X, 映射后的地址0x%p\n", pdbr, pPdbr)); // pPdbr[ulDirBaseIdx] 页目录项
ULONG ulDirBaseIdx = virtualAddress.stVirtualAddress.dirBaseIndex;
ULONG ulDirIdx = virtualAddress.stVirtualAddress.dirIndex;
KdPrint(("第一级，已找到页目录所在项:pPdbr[%d]:0x%08X", ulDirBaseIdx,pPdbr[ulDirBaseIdx]));
ULONG ulDir = pPdbr[ulDirBaseIdx] & 0xFFFFF000; // 抹去后3位得到真正的页目录项 ULONG ulDirPlus = ulDir + ulDirIdx * ; // 页表项
phyAddress.LowPart = ulDirPlus;
PULONG pDirPlus = (PULONG)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
KdPrint(("第二级，已找到页表项:ulDirPlus = 0x%08X, 映射后的地址0x%p\n", ulDirPlus, pDirPlus));
ULONG ulPageTable = *pDirPlus & 0xFFFFF000; // 抹去后3位得到真正的页表项 // 得到物理地址
ULONG ulPhyAddress = ulPageTable + virtualAddress.stVirtualAddress.offset; // 映射为虚拟地址，获取其值进行验证
phyAddress.LowPart = ulPhyAddress;
PWCHAR pPhyAddress = (PWCHAR)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
KdPrint(("虚拟地址：0x%08X, 对应物理地址：0x%08X, Value:%S\n", *pOutAddress, ulPhyAddress, pPhyAddress)); // 传出对应物理地址
*pOutAddress = ulPhyAddress;
二、开启PAE的情况
同样是4k页面的，伪代码描述如下：
1.Dir.Pointer Entry(PDPTE) = PDPTR[Directory Pointer];
2.Director Entry(PDE) = PDPTE + Directory * 0x8;
3.Page-Table Entry(PTE) = PDE + Table * 0x8;
4.Physical Address = PTE+Offset;
在开启PAE的情况下，PDE、PTE均是64bit（8字节，所以要*8），同样PDE、PTE的后3位是属性值，所以需要把后3位抹掉。
关键代码如下：
// 得到传入的ring3层虚拟地址
size_t* pOutAddress = (size_t*)MmGetSystemAddressForMdlSafe(pIrp->MdlAddress, NormalPagePriority);
VIRTUAL_ADDRESS virtualAddress = { };
virtualAddress.ulVirtualAddress = *pOutAddress;
ULONG pdbr; // 得到页目录指针物理地址
_asm{
mov eax, cr3;
mov pdbr, eax;
} // 映射为虚拟地址以便取值
PHYSICAL_ADDRESS phyAddress = { };
phyAddress.LowPart = pdbr;
PULONG pPdbr = (PULONG)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
KdPrint(("pdbr = 0x%08X, 映射后的地址0x%p\n", pdbr, pPdbr)); // 定位页目录指针表并获取页目录表物理页地址
// ulDirAddress 为页目录表物理页地址
ULONG ulPointerIdx = virtualAddress.stVirtualAddress.dirPointer;
ULONG ulDirBaseAddress = pPdbr[ulPointerIdx];
ulDirBaseAddress &= 0xFFFFF000; // 中间物理地址 // 定位页表项
ULONG ulDirAddress = ulDirBaseAddress + virtualAddress.stVirtualAddress.dirIndex * 0x8;
phyAddress.LowPart = ulDirAddress;
PULONG pPageTable = (PULONG)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
ULONG ulPageTable = *pPageTable;
ulPageTable &= 0xFFFFF000; // 中间物理地址 // 定位物理页面
ulPageTable += virtualAddress.stVirtualAddress.tableIndex * 0x8;
phyAddress.LowPart = ulPageTable;
PULONG pPageBase = (PULONG)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
ULONG ulPageBase = *pPageBase;
ulPageBase &= 0xFFFFF000; // 得到物理地址
ULONG ulPhyAddress = ulPageBase + virtualAddress.stVirtualAddress.offset; // 映射为虚拟地址，获取其值进行验证
phyAddress.LowPart = ulPhyAddress;
PWCHAR pPhyAddress = (PWCHAR)MmMapIoSpace(phyAddress, sizeof(PHYSICAL_ADDRESS), MmNonCached);
KdPrint(("虚拟地址：0x%08X, 对应物理地址：0x%08X, Value:%S\n", *pOutAddress, ulPhyAddress, pPhyAddress)); // 传出对应物理地址
*pOutAddress = ulPhyAddress; pIrp->IoStatus.Information = cout;
以上代码步骤是参考安于此生的文章写的，看不懂的可以先看看安于此生的文章《启用PAE后虚拟地址到物理地址的转换》
另附上小工具源码，该工具用于检测系统是否开启PAE、PSE等。
#define BUFFERSIZE 0x3000
char g_szMemInfo[BUFFERSIZE] = { };// 以下code在 DriverEntry 中 DWORD dwPE = ; // Protection Enable cr0[0]
DWORD dwWP = ; // Write Protect cr0[16]
DWORD dwPG = ; // Paging cr0[31]
DWORD dwPAE = ; // 物理地址扩展 cr4[5]
DWORD dwPSE = ; // Page Size Extension cr4[4]
DWORD dwCr0 = ;
DWORD dwCr4 = ; // 注册卸载函数
pDriverObj->DriverUnload = driverUnload; _asm{
pushad;
mov eax, cr0;
mov dwCr0, eax; // PE标志位
and eax, 0x01;
mov dwPE, eax;
mov eax, cr0; // WP标志位
and eax, 0x10000;
mov dwWP, eax;
mov eax, cr0; // PG标志位
and eax, 0x80000000;
mov dwPG, eax; // PAE
//mov eax, cr4; 机器码如下
_emit 0x0F;
_emit 0x20;
_emit 0xE0;
mov dwCr4, eax;
and eax, 0x20;
mov dwPAE, eax; // PSE
_emit 0x0F;
_emit 0x20;
_emit 0xE0;
and eax, 0x10;
mov dwPSE, eax; popad;
} KdPrint(("PE = 0x%08X\r\n",dwPE));
KdPrint(("WP = 0x%08X\r\n",dwWP));
KdPrint(("PG = 0x%08X\r\n",dwPG));
KdPrint(("PAE = 0x%08X\r\n",dwPAE));
KdPrint(("PSE = 0x%08X\r\n",dwPSE));
KdPrint(("Cr0 = 0x%08X\r\n",dwCr0));
KdPrint(("Cr4 = 0x%08X\r\n",dwCr4)); //----------------------------------------------------------------------------
// PE标志位
if ( != dwPE){
RtlStringCchCatNA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"----------------------保护模式(PE=1)-------------------\r\n",
BUFFERSIZE - sizeof("----------------------保护模式(PE=1)-------------------\r\n"));
}
else{
RtlStringCchCatNA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE ,
"----------------------实地址模式(PE=0)-------------------\r\n",
BUFFERSIZE - sizeof("----------------------实地址模式(PE=0)-------------------\r\n"));
} //----------------------------------------------------------------------------
// WP标志位
if ( != dwWP){
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"内存写保护(WP)开启...\r\n"
);
}
else{
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"内存写保护(WP)禁止...\r\n"
);
} //----------------------------------------------------------------------------
// PG标志位
if ( != dwPG){
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"页机制(PG)启用\r\n"
);
}
else{
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"页机制(PG)禁止\r\n"
);
} //----------------------------------------------------------------------------
// PAE标志位
if ( != dwPAE){
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"物理地址扩展(PAE)已开启\r\n"
);
}
else{
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"物理地址扩展(PAE)未启用\r\n"
);
} //----------------------------------------------------------------------------
// PSE标志位
if ( != dwPSE){
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"页面大小扩展(PSE)已开启\r\n"
);
}
else{
RtlStringCchCatA(
g_szMemInfo,
BUFFERSIZE,
"页面大小扩展(PSE)未启用\r\n"
);
} KdPrint(("%s\r\n", g_szMemInfo));
最后，看看效果运行图。Demo是在ring3层定义一个Unicoe字符串：“Lthis”,然后将其虚拟地址传入ring0层，ring0解析后传出对应的物理地址。
开启PAE下运行的效果：
未开启PAE的运行效果：
附件地址：链接：http://pan.baidu.com/s/1kTENdnL 密码：g5j7
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