Linux下读/写物理内存
摘自：http://www.linux286.com/index.php/action_viewthread_tid_15195.html
一、基础知识：
1． 设备文件：
mem是一个字符设备文件，是计算机主存的一个影象。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：
#include <fcntl.h>
#include <stat,h>
int open(const char *path, int flags);
open 函数定义在/usr/include/fcntl.h中；如果操作成功则返回一个文件描述符，否则返回－1；其中path是被打开文件的路径即文件名描述；flags是文件的访问模式描述，可常用的选项见下表：
flags的取值及其含义 flags 含义
O_RDONLY 只读方式
O_WRONLY 只写方式
O_RDWR 可读写方式
2．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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset); mmap函数定义在/usr/include/sys/mman.h中;
此函数用于将一个文件或它的一部分映射到内存中。参数start是一个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；参数 length定义内存映像文件所占用的内存空间大小，以字节计；参数prot表示内存映像文件的安全属性，它的可使用的选项见表1，注意和open函数中的flags属性保持一致；参数flags是内存映像的标志，相关的标志见表2；参数fd是要映射的文件的描述符；参数offset表示所映射的数据内容距离文件头的偏移量。
当调用成功时，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。
表1 prot的取值及其含义
prot 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
表2 flags的取值及其含义
Flags 含义
MAP_FIXED 若无法在指定位置建立内存映像文件，则出错返回
MAP_PRIVATE 对内存映像文件所做操作不反映到外存文件中
MAP_SHARED 对内存映像文件所做操作都将被保存到外存文件中
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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
int munmap(void *start,size_t length);
参数start表示要撤销的内存映像文件的起始地址；参数length表示要撤销的内存映像文件的大小。调用成功时，返回值为0；调用失败时返回值为-1，并将errno设置为相应值。
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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
int msync(const void *start,size_t length,int flags);
参数start表示要保存到外存的那些源文件的起始地址；参数length表示内存映像文件的大小；参数flags设置了函数的相应操作，其具体选项见表3。
表3 flags的取值及其含义
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
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、应用实例：
1． 源代码：
/*
file: RWPhy.c
function: Read the the first 5 bytes of the memory and then Write it with "HELLO"
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main (int args, char* arg[])
{
int i;
int fd;
char* mem;
char *buff = "HELLO";
//open /dev/mem with read and write mode
if ((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR)) < 0)
{
perror ("open error";
return -1;
}
//map physical memory 0-10 bytes
mem = mmap (0, 10, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mem == MAP_FAILED) {
perror ("mmap error:";
return 1;
}
//Read old value
for (i = 0; i < 5; i++)
{
printf("\nold mem[%d]:%d", i, mem[i]);
}
//write memory
memcpy(mem, buff, 5);
//Read new value
for (i = 0; i<5 ; i++)
{
printf("\nnew mem[%d]:%c", i, mem[i]);
}
printf("\n";
munmap (mem, 10); //destroy map memory
close (fd); //close file
return 0;
}
2.编译、运行：
#gcc -o RWPhy RWPhy.c
#./RWPhy
结果如下：
old mem[0]:1
old mem[1]:0
old mem[2]:0
old mem[3]:0
old mem[4]:83
new mem[0]:H
new mem[1]:E
new mem[2]:L
new mem[3]:L
new mem[4]:O
1． 设备文件：
mem是一个字符设备文件，是计算机主存的一个影象。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：
#include <fcntl.h>
#include <stat,h>
int open(const char *path, int flags);
open 函数定义在/usr/include/fcntl.h中；如果操作成功则返回一个文件描述符，否则返回－1；其中path是被打开文件的路径即文件名描述；flags是文件的访问模式描述，可常用的选项见下表：
flags的取值及其含义 flags 含义
O_RDONLY 只读方式
O_WRONLY 只写方式
O_RDWR 可读写方式
2．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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset); mmap函数定义在/usr/include/sys/mman.h中;
此函数用于将一个文件或它的一部分映射到内存中。参数start是一个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；参数 length定义内存映像文件所占用的内存空间大小，以字节计；参数prot表示内存映像文件的安全属性，它的可使用的选项见表1，注意和open函数中的flags属性保持一致；参数flags是内存映像的标志，相关的标志见表2；参数fd是要映射的文件的描述符；参数offset表示所映射的数据内容距离文件头的偏移量。
当调用成功时，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。
表1 prot的取值及其含义
prot 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
表2 flags的取值及其含义
Flags 含义
MAP_FIXED 若无法在指定位置建立内存映像文件，则出错返回
MAP_PRIVATE 对内存映像文件所做操作不反映到外存文件中
MAP_SHARED 对内存映像文件所做操作都将被保存到外存文件中
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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
int munmap(void *start,size_t length);
参数start表示要撤销的内存映像文件的起始地址；参数length表示要撤销的内存映像文件的大小。调用成功时，返回值为0；调用失败时返回值为-1，并将errno设置为相应值。
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：
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
int msync(const void *start,size_t length,int flags);
参数start表示要保存到外存的那些源文件的起始地址；参数length表示内存映像文件的大小；参数flags设置了函数的相应操作，其具体选项见表3。
表3 flags的取值及其含义
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
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、应用实例：
1． 源代码：
/*
file: RWPhy.c
function: Read the the first 5 bytes of the memory and then Write it with "HELLO"
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main (int args, char* arg[])
{
int i;
int fd;
char* mem;
char *buff = "HELLO";
//open /dev/mem with read and write mode
if ((fd = open ("/dev/mem", O_RDWR)) < 0)
{
perror ("open error";
return -1;
}
//map physical memory 0-10 bytes
mem = mmap (0, 10, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mem == MAP_FAILED) {
perror ("mmap error:";
return 1;
}
//Read old value
for (i = 0; i < 5; i++)
{
printf("\nold mem[%d]:%d", i, mem[i]);
}
//write memory
memcpy(mem, buff, 5);
//Read new value
for (i = 0; i<5 ; i++)
{
printf("\nnew mem[%d]:%c", i, mem[i]);
}
printf("\n";
munmap (mem, 10); //destroy map memory
close (fd); //close file
return 0;
}
2.编译、运行：
#gcc -o RWPhy RWPhy.c
#./RWPhy
结果如下：
old mem[0]:1
old mem[1]:0
old mem[2]:0
old mem[3]:0
old mem[4]:83
new mem[0]:H
new mem[1]:E
new mem[2]:L
new mem[3]:L
new mem[4]:O
