一、基础知识
1．打开设备文件：
mem是一个字符设备文件，是计算机主存的一个映像。通常只有root用户对其有读写权限。因此只有root用户能进行这些操作。
如果要打开设备文件/dev/mem，需要系统调用open()函数，作用是打开一个文件或设备，其函数原型为：
int open(const char *path, int flags);
返回值：如果操作成功则返回一个文件描述符，否则返回－1
形 参：
path 被打开文件的路径即文件名描述。
flags 文件的访问模式描述,可常用的选项见下:
O_RDONLY 只读方式
O_WRONLY 只写方式
O_RDWR 可读写方式
说 明：此函数用于打开文件或者设备
头文件：#include <fcntl.h> #include <stat.h> 定义在/usr/include/fcntl.h中
2．读取内存映像：
内存映像其实在内存中创建一个与外存中文件完全相同的映像。用户可以将整个文件映射到内存中，也可以将文件的一部分映射到内存中。
使用操作内存的方法对文件进行操作。系统会将内存映像文件所做的改动反映到真实文件中去。
在内存映像I/O的实现过程中需要用到一些系统调用：
首先是创建内存映像文件的系统调用mmap()函数，其函数原型为：
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
返回值：成功时，返回值为指向内存映像起始地址的指针，当调用失败时，返回值为-1
形 参：
start 一个void指针，表示希望将文件映射到此指针指向的位置，通常为NULL。
length 定义内存映像文件所占用的内存空间大小，以字节计。
prot 内存映像文件的安全属性，注意和open函数中的flags属性保持一致。它的可使用的选项如下：
Flags 含义
PROT_EXEC 被映像内存可能含义机器码，可被执行
PROT_NONE 映像内存不允许访问
PROT_READ 映像内存可读
PROT_WRITE 映像内存可写
flags 内存映像的标志，选项如下：
Flags 含义
MAP_FIXED 指定映射起始地址，如果由start和len指定的内存区重叠于现存的映射空间，重叠部分将会被丢弃。
如果指定的起始地址不可用，操作将会失败。并且起始地址必须落在页的边界上。
MAP_SHARED 与其它所有映射这个对象的进程共享映射空间。对共享区的写入，相当于输出到文件。
直到msync()或者munmap()被调用，文件实际上不会被更新。
MAP_PRIVATE 建立一个写入时拷贝的私有映射。内存区域的写入不会影响到原文件。
这个标志和以上标志是互斥的，只能使用其中一个。
MAP_NORESERVE 不要为这个映射保留交换空间。当交换空间被保留，对映射区修改的可能会得到保证。
当交换空间不被保留，同时内存不足，对映射区的修改会引起段违例信号。
MAP_LOCKED 锁定映射区的页面，从而防止页面被交换出内存。
MAP_GROWSDOWN 用于堆栈，告诉内核VM系统，映射区可以向下扩展。
MAP_ANONYMOUS 匿名映射，映射区不与任何文件关联。
MAP_ANON MAP_ANONYMOUS的别称，不再被使用。
MAP_FILE 兼容标志，被忽略。
MAP_32BIT 将映射区放在进程地址空间的低2GB，MAP_FIXED指定时会被忽略。
当前这个标志只在x86-64平台上得到支持。
MAP_POPULATE 为文件映射通过预读的方式准备好页表。随后对映射区的访问不会被页违例阻塞。
MAP_NONBLOCK 仅和MAP_POPULATE一起使用时才有意义。不执行预读，只为已存在于内存中的页面建立页表入口。
fd 要映射的文件的描述符。
offset 所映射的数据内容 距离文件头的偏移量。
说 明：此函数用于将一个文件或它的一部分映射到内存中。
头文件：#include <sys/mman.h> #include <sys/types.h> 函数定义在/usr/include/sys/mman.h
3．撤销内存映像的修改
另外我们使用完内存映像文件后，要用系统调用函数munmap()函数来撤销，其函数原型为：
int munmap(void *start, size_t length);
返回值：成功时，返回值为0；调用失败时返回值为 -1，并将errno设置为相应值。
形 参：
start 要撤销的内存映像文件的起始地址。
length 要撤销的内存映像文件的大小。
说 明：当进程结束或利用exec相关函数来执行其他程序时，映射内存会自动解除，但关闭对应的文件描述词时不会解除映射。
头文件：#include <sys/mman.h>
4．将内存映像的改动保存到外存中
最后，如果我们要将内存映像的改动保存到外存中，还需要系统调用msync()函数，其函数原型为：
int msync(const void *start,size_t length,int flags);
返回值：成功时，返回值为0；调用失败时返回值为 -1，并将errno设置为相应值。
形 参：
start 要保存到外存的那些源文件的起始地址。
length 表示内存映像文件的大小。
flags 设置了函数的相应操作，其具体选项如下：
Flags 含义
MS_ASYNC 调用一个写操作并返回
MS_INVALIDATE 映像到相同文件的内存映像数据更新
MS_SYNC 完成写操作后函数返回
说 明：进程在映射空间的对共享内容的改变并不直接写回到磁盘文件中，往往在调用munmap()后才执行该操作。
可以通过调用msync()函数来实现磁盘文件内容与共享内存区中的内容一致,即同步操作。
头文件：#include <sys/mman.h>
5．通过/dev/mem设备文件和mmap系统调用，可以将线性地址描述的物理内存映射到进程的地址空间，然后就可以直接访问这段内存了。
二、一个例子
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int main (int args, char* arg[])
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if((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR)) < 0)
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mem = mmap (0, 10, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
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printf("
old mem[%d]:%d", i, mem[i]);
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printf(The value is 0x%x
, *((int *)mem));
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printf("
new mem[%d]:%c", i, mem[i]);
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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
#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!
");
}
else
{
printf("Successfull!
");
}
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 ", addr, (unsigned int)content);
map_base[i] = (unsigned char)i;
content = map_base[i];
printf("updated address: 0x%lx content 0x%x
", 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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