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隨著現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，其中的重要資源——內(nèi)存正在成為黑客們瞄準的目標。黑客們利用各種漏洞和攻擊手段來竊取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，并進行惡意操作。為了保護內(nèi)存安全，Linux內(nèi)核提供了一種叫做“頁面掩碼”的自我保護機制。本篇文章就將詳細介紹Linux頁面掩碼的技術(shù)原理、實現(xiàn)方式以及使用方法。
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一、什么是頁面掩碼？
在Linux內(nèi)核中，頁面掩碼有時也被稱為頁面保護位（Page Attribute Table,PAT），是一種硬件提供的內(nèi)存訪問權(quán)限控制技術(shù)。其主要作用是通過修改內(nèi)存頁面的訪問屬性，限制用戶或程序?qū)?nèi)存頁面的讀寫操作，從而保護內(nèi)存的安全性。頁面掩碼技術(shù)被廣泛應(yīng)用于操作系統(tǒng)、虛擬化技術(shù)以及軟件安全等領(lǐng)域。
二、頁面掩碼的技術(shù)原理
在Linux內(nèi)核中，每個物理頁面都有一個相關(guān)的頁面框架結(jié)構(gòu)（Page Frame Structure,PFS）。頁面掩碼技術(shù)就是通過修改PFS中的訪問屬性位來管理內(nèi)存頁面的權(quán)限。PFS中保存了許多內(nèi)存頁面的屬性信息，包括頁面是否被映射到進程的地址空間、頁面是否緩存、頁面是否是可交換的等。通過修改PFS中的一個標志位——頁面保護位，可以實現(xiàn)對內(nèi)存頁面的訪問控制。
具體來說，頁面掩碼技術(shù)包括以下三個步驟：
1.獲取頁面的PFS結(jié)構(gòu)體。在Linux內(nèi)核中，每個頁面都有一個相關(guān)的PFS結(jié)構(gòu)體，其中包含了許多內(nèi)存頁面的屬性信息。我們可以使用以下宏定義獲取頁面的PFS結(jié)構(gòu)體：
#define PADDR(page) ((unsigned long long)(page_to_phys(page)))
#define PFN(page) (unsigned long long)(page_to_pfn(page))
#define PFLAGS(page) (page->flags)
2.設(shè)置頁面保護位。Linux內(nèi)核提供了許多宏定義來設(shè)置頁面保護位。其中，PAGE_READON宏定義用于表示頁面只能進行讀操作，PAGE_WRITEON宏定義用于表示頁面只能進行寫操作，PAGE_NOACCESS宏定義用于表示頁面不可訪問。我們可以使用以下宏定義設(shè)置頁面的保護位：
#define set_page_prot(page, prot) do {PFLAGS(page) |= pgprot_val(prot);} while (0)
#define set_page_readonly(page) set_page_prot(page, PAGE_READON)
#define set_page_writeonly(page) set_page_prot(page, PAGE_WRITEON)
#define set_page_noaccess(page) set_page_prot(page, PAGE_NOACCESS)
3.訪問內(nèi)存頁面。經(jīng)過以上兩步的操作，我們已經(jīng)成功地修改了內(nèi)存頁面的訪問權(quán)限?，F(xiàn)在，我們可以正常地訪問內(nèi)存頁面了。如果我們嘗試訪問一個被設(shè)置為PAGE_NOACCESS的頁面，系統(tǒng)會立即發(fā)出一個異常，停止當前進程的運行。
三、頁面掩碼的實現(xiàn)方式
在Linux內(nèi)核中，頁面掩碼技術(shù)有兩種實現(xiàn)方式：PSE-36和PAE。其中，PSE-36（合并頁表擴展-36位）是一種舊的32位內(nèi)存地址擴展技術(shù)，可以支持更大64GB的內(nèi)存。PSE-36使用了一種名為“物理頁面擴展”的技術(shù)，允許操作系統(tǒng)將內(nèi)存物理地址的高4位存儲在頁目錄表項的高4位中。通過這種方式，可以使32位架構(gòu)的計算機最多支持64GB的內(nèi)存。但是，PSE-36技術(shù)的缺陷也十分明顯，它只能支持32位內(nèi)存地址空間，無法覆蓋64位操作系統(tǒng)的需要。
為了克服PSE-36技術(shù)的限制，Linux內(nèi)核引入了PAE（物理地址擴展）技術(shù)。PAE技術(shù)可以支持更大64TB的內(nèi)存，可以滿足64位操作系統(tǒng)對大內(nèi)存的需求。PAE技術(shù)是通過增加一個PDPTE（二級頁目錄表項）來實現(xiàn)的。PDPTE中保存著PDE（一級頁目錄表項）的地址，同時還包含一個TAG字段，用于標識該PDPTE的屬性信息。PAE技術(shù)將操作系統(tǒng)的地址空間從32位擴展到了36位，可以支持最多64TB的內(nèi)存空間。
四、如何使用頁面掩碼技術(shù)
在Linux內(nèi)核中，我們可以使用以下系統(tǒng)調(diào)用來設(shè)置內(nèi)存頁面的訪問權(quán)限：
int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);
其中，addr表示欲設(shè)置的內(nèi)存區(qū)域的虛擬地址，len表示內(nèi)存區(qū)域的大小，prot表示頁面的訪問屬性，可以使用以下常量進行設(shè)置：
PROT_READ：表示頁面可讀取。
PROT_WRITE：表示頁面可寫入。
PROT_EXEC：表示頁面可執(zhí)行。
PROT_NONE：表示頁面不可訪問。
我們可以使用以下代碼來進行測試：
#include
#include
#include
int mn()
{
char *buf;
buf = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if (buf == MAP_FLED) {
printf(“mmap error.\n”);
return -1;
}
printf(“buf=%p\n”, buf);
strcpy(buf, “hello, world!\n”);
printf(“%s”, buf);
if (mprotect(buf, 4096, PROT_READ) != 0) {
printf(“mprotect error.\n”);
return -1;
}
printf(“%s”, buf);
return 0;
}
以上代碼中，我們先使用系統(tǒng)調(diào)用mmap()來映射一個4KB的匿名內(nèi)存區(qū)域，并將頁面的訪問屬性設(shè)置為PROT_READ | PROT_WRITE。然后，我們向內(nèi)存區(qū)域中寫入一些數(shù)據(jù)，并將頁面的訪問屬性修改為PROT_READ。我們再次輸出內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)容，可以看到程序被異常終止，表示頁面訪問被限制。這樣，我們就成功地使用了mprotect()系統(tǒng)調(diào)用來保護內(nèi)存頁面的安全。
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linux create mask是什么
你好!
猛燃linux系統(tǒng)里:
#create mask是用戶創(chuàng)建文嘩逗件時的權(quán)限
掩碼
;對用戶來可讀可寫，對用戶組可讀可寫枝蘆虛，對其它用戶可讀;
umask，談乎是一個掩碼，可以自行設(shè)置缺省凳沒屬性。
運行umask，假設(shè)返回002，則生成的目錄缺省權(quán)限是棗侍納 rwxrwxr-x（775=），生成文件缺省權(quán)限是 rw-rw-r–（664=）
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