如何安全遍历Linux内核所有struct page结构而不触发崩溃

崩溃原因 #

你当前的实现存在两个核心问题，直接导致内核崩溃：

1. 暴力遍历虚拟地址的逻辑完全错误，内核的struct page是集中存储的数组结构，只有特定范围内的地址属于合法的struct page实例，你遍历到边界外的未映射地址自然触发缺页异常。
2. 硬编码每次偏移64字节不具备兼容性，struct page的大小受内核配置（如DEBUG_PAGEALLOC、MEMCG、TRANSPARENT_HUGEPAGE等）影响，不是固定值。

正确遍历方案 #

内核原生提供了标准的遍历接口，无需手动计算地址，兼容所有配置场景，不会触发非法访问：

最简实现（5.4及以上内核支持） #

#include <linux/mm.h>
#include <linux/mmzone.h>

#define PDEBUG(format, args...) printk(KERN_DEBUG "MyKernelModule: " format, ##args)

void traverse_all_pages(void)
{
    struct page *page;
    for_each_present_page(page) {
        PDEBUG("Page struct addr: %px, virtual addr: %px, zone: %px\n",
               page, page_address(page), page_zone(page));
    }
}

兼容旧内核的底层实现 #

如果内核版本没有提供for_each_present_page宏，可以用逐层遍历节点、内存域、页帧的方式实现：

#include <linux/mm.h>
#include <linux/mmzone.h>
#include <linux/pfn.h>

#define PDEBUG(format, args...) printk(KERN_DEBUG "MyKernelModule: " format, ##args)

void traverse_all_pages_compat(void)
{
    pg_data_t *pgdat;
    struct zone *zone;
    unsigned long pfn, start_pfn, end_pfn;
    struct page *page;

    /* 遍历所有在线NUMA节点 */
    for_each_online_pgdat(pgdat) {
        /* 遍历节点下所有内存域 */
        for (zone = pgdat->node_zones; zone < pgdat->node_zones + MAX_NR_ZONES; zone++) {
            if (!populated_zone(zone))
                continue;
            start_pfn = zone->zone_start_pfn;
            end_pfn = start_pfn + zone->spanned_pages;
            /* 遍历内存域内所有合法页帧号 */
            for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
                if (!pfn_valid(pfn))
                    continue;
                page = pfn_to_page(pfn);
                PDEBUG("Page struct addr: %px, pfn: %lu, virtual addr: %px\n",
                       page, pfn, page_address(page));
            }
        }
    }
}

注意事项 #

• 遍历过程建议持有rcu_read_lock避免并发修改导致的异常，仅读取页面属性不需要加重锁
• page_address仅对低端内存、已建立映射的高端内存页面有效，未映射的高端内存页面会返回NULL，不要对返回值直接解引用
• 不要修改未持有引用计数的页面内容，会引发系统数据异常甚至崩溃

内容的提问来源于stack exchange，提问作者anon