Windows保护模式学习笔记（七）—

Windows保护模式学习笔记（七）—— PDE&PTE

Cr3
- PDE（页目录表项）
- PTE（页表项）
- 物理页的属性
- 10-10-12分页的补充
实验1：证明PTE的特征1
- 第一步：选择一个进程的Cr3
- 第二步：查看页表
实验2：通过修改页表使C语言能在0地址处读写
- 第一步：得到一个变量的地址
- 第二步：挂载PTE为0的物理页
- 第三步：继续运行程序
实验3：通过修改物理页属性使字符串常量可修改
- 第一步：运行程序
- 第二步：修改对应PTE的属性
- 第三步：继续运行程序
实验4：通过修改物理页属性使普通用户读取高2G内存
- 第一步：运行如下代码
- 第二步：修改PDE与PTE的U/S位
- 第三步：继续运行程序

Cr3

描述：

在所有的寄存器中，只有Cr3存储的是物理地址，其它寄存器存的都是线性地址
Cr3所存储的物理地址指向了一个页目录表（PDT）
在Windows中，一个页的大小通常为4KB，即一个页可以存储1024个页目录表项（PDE）

物理页结构图：

PDE（页目录表项）

描述：

页目录表（PDT）的每一项元素称为页目录表项（PDE）
每个页目录表项指向一个页表（PTT）
每个页表的大小为4KB，即一个页表可以存储1024个页表项（PTE）

PTE（页表项）

描述：

页表（PTT）的每一个元素称为页表项（PTE）
页表项（PTE）所指向的才是真正的物理页

特征：

PTE可以指向一个物理页，也可以不指向物理页
多个PTE可以指向同一个物理页
一个PTE只能指向一个物理页

物理页的属性

物理页的属性=PDE属性& PTE属性

P位：是否有效位
注意：当PDE或PTE中有一个的属性P=0时，物理页就是无效的

R/W位：读写位
R/W=0：只读
R/W=1：可读可写

U/S位：权限位
U/S=0：特权用户
U/S=1：普通用户

PS位：PDE特有
PS == PageSize
PS=1：PDE直接指向物理页，低22位=页内偏移，偏移最大值为4MB，俗称"大页"
PS=0：PDE指向PTE

A位：访问位
A=1：该PDE/PTE被访问过
A=0：该PDE/PTE未被访问过

D位：脏位
D=1：该PDE/PTE被写过
D=0：该PDE/PTE未被写过

注：其他位等学完控制寄存器与TLB才能讲，本篇不讲

10-10-12分页的补充

为什么要按10-10-12分页：

一个物理页的大小为4096字节，即2的12次方，若要遍历整个物理页，则需要12个比特位
一个页表有1024个页表项，1024等于2的十次方，即需要10个比特位
页目录表项同理，也需要10个比特位

注：以下实验的分页方式都为10-10-12分页

实验1：证明PTE的特征1

第一步：选择一个进程的Cr3

我这里启动了一个记事本：notepad.exe

第二步：查看页表

查看当线性地址为0时，进程的页表

可以发现有许多页表项都为0，没有指向任何物理页

实验2：通过修改页表使C语言能在0地址处读写

第一步：得到一个变量的地址

运行代码如下：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>int main(int argc, char *argv[])
{int x = 1;printf("x的地址：%x\n", &x);getchar();// 向0地址写入数据*(int*)0 = 123;// 从0地址读出数据printf("0地址的数据：", *(int*)0);getchar();return 0;
}

程序运行后，首先会输出x的地址

第二步：挂载PTE为0的物理页

使用WinDbg将虚拟机中断，将变量x所在的物理页挂载到线性地址0的PTE

第三步：继续运行程序

运行结果：

成功对0地址进行了读写，实验成功！

实验3：通过修改物理页属性使字符串常量可修改

第一步：运行程序

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>int main(int argc, char *argv[])
{char *str = "Hello World";printf("线性地址：%x", str);getchar();                        // 让程序执行到这里//修改只读变量str[0] = 'M';printf("修改后的值：%s\n",str);return 0;
}

这时候得到了str的地址：

第二步：修改对应PTE的属性

第三步：继续运行程序

运行结果：

修改成功！

实验4：通过修改物理页属性使普通用户读取高2G内存

第一步：运行如下代码

#include <stdio.h>
#include <windows.h>int main(int argc, char *argv[])
{PDWORD p = (PDWORD)0x8003F00C;getchar();          // 让程序运行到这里printf("读取高2G内存：%x \n", *p);return 0;
}

第二步：修改PDE与PTE的U/S位

第三步：继续运行程序

运行结果如下：

成功读取了高2G的内存！