Windows98下直接访问物理内存汇总

1、Windows98下直接访问物理内存哈尔滨工业大学刘俊强李冬梅在很多ti况下，我们都有直接访问物理内存的要求，如在实时高速数据采集系统中，对I/O板上配置的存储器的访问。但是，为了保证系统的安全性和稳定性，操作系统并不提倡应用程序直接访问硬件资源，因此,随着操作系统的进步，导致了目前存在的这样一个不幸的事实：以前在DOS下很容易实现的特定物理内存的读写操作，在Windows下却变得相当困难。本文主要讨论如何在 Windows 95/98下实现物理内存的直接读写操作。为了论述清楚这个问题，有必要叙述保护模式的寻址方式以及W indows 95/98的内存管理方式。Windows 95/98 内存

2、管理方式Windows 95/98工作在32位保护模式下，保护模式与实模式的根本区别在于CPU寻址方式上的不同：尽管两者对应的内存地址均为"段地址：偏移量"形式，但在保护模式下，"段地址"代表的值已不再是实模式中段的起始基准地址了；对于CS、DS、ES、SS寄存器,在实模式下，这些寄存器的值左移 4位,再加上偏移量，即得到物理地址，而在保护模式下，这些寄存器的值为"段选择符"，它实际上是一个查全局描述符表（G DT或局部描述符表（LDT的索引，据此在GDT或LDT找到对应的段描述符，从而获得段的基址及类型等信息，再根据偏移量，才能得到

3、线性地址。如果操作系统没有采用分页机制，那么得到的线性地址即为物理地址，否则，线性地址需要进一步经过分页机制才能得到物理地址。这就是保护模式下的"段页式寻址机制"。Windows 95/98使用4GB的虚拟内存地址空间，应用程序访问内存使用虚拟地址，从虚拟地址到物理地址的转换过程如图1所示：图1虚拟地址到物理地址的转化过程对于图1中的分页机制，Windows 95/98采用两级页表结构，如图2所示。图2采用的分页机制的两级页表结构从图2可知，线性地址被分割成页目录条目（PDE、页表条目（PTE、页偏移地址（Off set三个部分。当建立一个新的 WIN 32进程时，Wi n

4、dows 95/98 会为它分配一块内存，并建立它自己的页目录、页表，页目录的地址也同时放入进程的现场信息中。当计算一 个地址时，系统首先从控制寄存器 CR3中读出页目录所在的地址（该地址为物理地址 并且是页对齐的，然后卞g据PDE得到页表所在的地址，再根据PTE得到包含了实际Code或Data的页帧，最后根据Offset访问页帧中的特定单元。常用内存段的段选择符从上述所介绍的 Windows 95/98 采用的分段、分页机制可看出，要想在 Windows 95/98下直接访问物理内存，关键是得到欲访问物理内存所在的内存区域对应的段选择符。一般说来，要求直接访问的物理内存都与实本II式下能够寻

5、址的内存有关（即DOS能直接访问的1M物理内存。在 Windows 3.X中,Microso ft给出了 DOS常用段的段选择符，如_000 0H（未公开，_B800H,_F000H（已公开，等等,均可以在KERNEL中找至U，应用程序可以直接使用这些段选择符，实现物理内存的直接访问。而在Windows 95/98中，Microsoft却不在任何文档中提供这些段的预定义 ，在KERNEL中也不提供相应的段选 择符。但是,Windows 95 /98 确实给DOS下的这些常用内存段定义了相应的段描述符。通过SoftIce 3.02 for Win dows 95/98,我们得到了关于 LDT的如

6、下信息：ldtLDTbase=80003000 Limit=3FFF1007 Data16 00000c90 0000FFFF 3 P RW100F Data16 00000000 0000FFFF 3 P RW1017 Data16 00000400 0000FFFF 3 P RW101F Data16 000F0000 0000FFFF 3 P RW1027 Data16 000A0000 0000FFFF 3 P RW102F Data16 000B0000 0000FFFF 3 P RW1037 Data16 000B8000 0000FFFF 3 P RW103F Data16 00

7、0C0000 0000FFFF 3 P RW1047 Data16 000D0000 0000FFFF 3 P RW104F Data16 000E0000 0000FFFF 3 P RW其中，每一行对应一个段描述符，第一栏为其段选择符，第二栏为段描述符的类型第三栏为段的基地址（线性地址，第四栏为段的限长，第五栏为段描述符的特权级 第六栏标志对应段是否存在于内存中，第七栏表示段的访问权限 可以看出，这些段的基地址与DOS下的常用内存段完全吻合，并且均为16位的数据段 限长为64K(0XFFFF,供应用程序访问，都存在于内存中，可读写。实践证明，这些段 就是DOS的常用内存段，也就是说，这里的线

8、性地址即为物理地址。因此 ，可以用这 些段选择符对相应的物理内存进行访问。从程序运行的健壮性考虑，不应该直接应用上述段选择符，而应该用GetThreadSelec torEntry(函数得到欲访问物理内存对应的段选择符，该API函数的原型定义为BOOL GetThreadSelectorEntry ( HANDLE hThread,/ handle of thread that contains selector DWORD dwSelector,/ number of selector value to look up LPLDT_ENTRY lpSelectorEntry/ address

9、 of selector entry structure;其中,LDT_ENTRY的结构定义如下typedef struct _LDT_ENTRY / ldteWORD LimitLow;WORD BaseLow;union struct BYTE BaseMid;BYTE Flags1;BYTE Flags2;BYTE BaseHi; Bytes;struct DWORD BaseMid : 8;DWORD Type : 5;DWORD Dpl : 2;DWORD Pres : 1;DWORD LimitHi: 4;DWORD Sys : 1;DWORD Reserved_0 : 1;DWO

10、RD Default_Big : 1;DWORD Granularity : 1;DWORD BaseHi : 8; Bits; HighWord; LDT_ENTRY, *PLDT_ENTRY;用下面的代码可以得到基地址为BASE_DESIRED,限长为0XFFFF的内存段对应的段选择符：extern CLDTApp theApp;WORD wSelector; /内存段对应的段选择符LDT_ENTRY ldtEntry;DWORD base, baseMid, baseHigh;DWORD limit, limitHigh;for ( WORD sel = 7; sel <= 0xf

11、fff; sel +=8 if (:GetThreadSelectorEntry ( theApp.m_hThread,DWORD ( sel , &ldtEntry baseMid = ldtEntry . HighWord . Bytes . BaseMid;baseMid <<= 16;baseHigh = ldtEntry . HighWord . Bytes . BaseHi;baseHigh <<= 24;base = ldtEntry . BaseLow + baseMid +baseHigh;limitHigh = m_ldtEntry . Hi

12、ghWord . Bits . LimitHi;limitHigh <<= 24;limit = limitHigh + m_ldtEntry . LimitLow;if （ OxFFFF = limitif （ BASE_DESIRED = base / BASE_DESIRED为内存段对应的基地址wSelector = sel;break; 直接访问物理内存的实现得到了段选择符之后，即可把该段选择符置于相应的段寄存器中（不能用CS,DS, 用该寄存器进行数据访问。需注意的是，任何非法段选择符写入段寄存器将会导致通用保护错误（General Protection Faul t 。

13、下面的代码实现物理内存的读/写操作（段选择符用上述方法得到：void WriteMemory(WORD sel, DWORD dwOffset, const char * str, UINT lengthchar cWrite;for ( UINT i = 0; i < length; i +cWrite = str ;_asm push esmov ax, selmov es, axmov ebx, dwOffsetmov al, cWritemov byte ptr es:ebx, alinc dwOffsetpop es void ReadMemory ( WORD sel, DWORD dwOffset,char * str, UINT lengthchar cRead;for ( UINT