memtest86+でメモリの検査

Check to make sure any new hardware or software is properly installed.
If this is a new installation, ask your hardware or software manufacturer
for any windows updates you might need .

Run the driver verifier against any new (or suspect) drivers.
If that doesn't reveal the corrupting driver, try enabling special pool.
Both of these features are intended to catch the corruption at an earlier
point where the offending driver can be identified.

If you need to use safe mode to remove or disable components,
restart your computer , press F8 to select advanced startup options,
and then select Safe Mode.

If this is the first time you've seen this stop error screen,
restart computer.If this screen appears again , follow
these step:

Check to make sure any new hardware or software is properly installed.
If this is a installation, ask your hardware or software manufacturer
for any windows updates you might need.

If problems continue, disable or remove any newly installed hardware
or software.Disables BIOS memory options such as caching or shadowing.
If you need to use Safe Mode to remove or disable components, restart
your computer, press F8 to select Advanced Startup options, and then
select Safe Mode.

Thchnical information:

*** STOP: 0x000000C5 (0x00540138,0x00000002,0x00000000,0x80536CDC)

何やらエラーの対処方法が書いている。
新しいソフトやハードウェアを追加したのなら、メーカに聞いてくれとか
Windowsアップデートや、ドライバの検査の必要が書いている。

セーフモードで立ち上げて、ドライバーを無効(取り除いて)がある。

台湾製のメモリだ。
台湾製のメモリは安い分、博打的な要素がある事を後で知った。

個人的には台湾は好きな国なのだが、博打的なメモリを売っていたら
少しガッカリする。

メモリの相性や価格について　メモリは難しい?

この手のエラーは、メモリ上で領域違反が発生したため
OSの安全機能が働いて、ソフトが落ちたのだ。

メモリの領域違反の話については「システム奮闘記:その46」の
OSが固まる理由をご覧ください。

仮想OSを起動時に、memtest86+を使って仮想メモリに
異常が検知できるかどうかを実験してみる事にした。

物理メモリは実際のメモリの事だ。
論理メモリとは、個々のプロセスがメモリを使用する際に
使用するメモリ領域の事を指す。

論理メモリを使う事によって、プロセスは自由にメモリの
アドレスを自由に指定できるのだ。

プロセスが1つしか動かさない場合なら、物理メモリアドレスを
そのまま使って、自由にアドレス指定やメモリ操作を
行なえるのだが、OSを始め、複数のプロセスが稼働している場合
他のプロセスとの関係で、自由にメモリのアドレス指定ができなくなる。

そこで物理メモリと論理メモリのアドレス変換機能を使って
あたかも個々のプロセスが自由にメモリのアドレス指定する事で
プロセスのプログラム作成時にメモリ部分の処理が簡単になる。

アドレス変換の話などは、x86CPUの場合、CPUのMMU機構などが
出てきます。でも、ここでは割愛します。

メモリ本体の障害が、あるプロセスの論理メモリ領域に該当する場合
プロセス稼働に重要なコード領域、ヒープ領域などで
データに異常値が発生し、それが原因でプロセスが不安定になる。

ワード、エクセルなどの文章を作成している際
メモリのヒープ領域に作成された文章が記録される。
ファイル保存をして初めてハードディスクに保管される。

ヒープ領域で障害が起こっている場合、折角、作成した
文書ファイルに異常が発生し、内容が破壊されたり
ファイルが破壊されたりする危険性がある。

OSが使用しているメモリ領域で異常が発生すると
OSが不安定になったりする。

OSが誤作動を起こして悪さをする危険性もある。
ファイル管理システムに悪影響を及ぼしたら
ファイルシステムの破壊によるデータの消失も考えられる。

[suga@linux memtest86+-4.00]$ ls
FAQ                   dmi.h               makeiso.sh          reloc.c
Makefile              elf.h               memsize.c           screen_buffer.c
README                error.c             memtest.bin.lds     screen_buffer.h
README.build-process  extra.c             memtest.exe         serial.h
bootsect.S            extra.h             memtest.lds         setup.S
changelog             head.S              memtest_shared.lds  smp.c
config.c              init.c              msr.h               smp.h
config.h              io.h                mt86+_loader        spd.c
controller.c          jedec_id.h          mt86+_loader.asm    spd.h
controller.h          lib.c               patn.c              stdint.h
cpuid.c               linuxbios.c         pci.c               test.c
cpuid.h               linuxbios_tables.h  pci.h               test.h
defs.h                main.c              precomp.bin
dmi.c                 makedos.sh          random.c
[suga@linux memtest86+-4.00]$ 

[suga@linux]$ readelf -h /bin/ls
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Intel 80386
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x8049a30
  Start of program headers:          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          92320 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         8
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 30
[suga@linux]$ 

(途中、省略)

/*
* Program header.
*/
typedef struct {
        Elf32_Word      p_type;         /* Entry type. */
        Elf32_Off       p_offset;       /* File offset of contents. */
        Elf32_Addr      p_vaddr;        /* Virtual address (not used). */
        Elf32_Addr      p_paddr;        /* Physical address. */
        Elf32_Size      p_filesz;       /* Size of contents in file. */
        Elf32_Size      p_memsz;        /* Size of contents in memory. */
        Elf32_Word      p_flags;        /* Access permission flags. */
        Elf32_Size      p_align;        /* Alignment in memory and file. */
} Elf32_Phdr;

(途中、省略)

プログラムヘッダーの構造体の定義だ。
物理アドレスなどの記述などを見ると、プログラムに関する
基本情報が格納されるようだ。

今は、ELF形式の知識はないが、興味はそそられる。
ELFに関するウンチクが話せたら、格好良いかも (^^)

[suga@linux memtest86+-4.00]$ ls
FAQ                   dmi.h               makeiso.sh          reloc.c
Makefile              elf.h               memsize.c           screen_buffer.c
README                error.c             memtest.bin.lds     screen_buffer.h
README.build-process  extra.c             memtest.exe         serial.h
bootsect.S            extra.h             memtest.lds         setup.S
changelog             head.S              memtest_shared.lds  smp.c
config.c              init.c              msr.h               smp.h
config.h              io.h                mt86+_loader        spd.c
controller.c          jedec_id.h          mt86+_loader.asm    spd.h
controller.h          lib.c               patn.c              stdint.h
cpuid.c               linuxbios.c         pci.c               test.c
cpuid.h               linuxbios_tables.h  pci.h               test.h
defs.h                main.c              precomp.bin
dmi.c                 makedos.sh          random.c
[suga@linux memtest86+-4.00]$ 

(途中、省略)

void memcpy (void *dst, void *src, int len)
{
        char *s = (char*)src;
        char *d = (char*)dst;
        int i;

        if (len <= 0) {
                return;
        }
        for (i = 0 ; i < len; i++) {
                *d++ = *s++;
        } 
}

int strncmp(const char *s1, const char *s2, ulong n) {
        signed char res = 0;
        while (n) {
                res = *s1 - *s2;
                if (res != 0)
                        return res;
                if (*s1 == '\0')
                        return 0;
                ++s1, ++s2;
                --n;
        }
        return res;
}


(途中、省略)


/*
 * Print characters on screen
 */
void cprint(int y, int x, const char *text)
{
        register int i;
        char *dptr;

        dptr = (char *)(SCREEN_ADR + (160*y) + (2*x));
        for (i=0; text[i]; i++) {
                *dptr = text[i];
                dptr += 2;
        }
        tty_print_line(y, x, text);
}



(途中、省略)

[suga@linux memtest86+-4.00]$ ls
FAQ                   dmi.h               makeiso.sh          reloc.c
Makefile              elf.h               memsize.c           screen_buffer.c
README                error.c             memtest.bin.lds     screen_buffer.h
README.build-process  extra.c             memtest.exe         serial.h
bootsect.S            extra.h             memtest.lds         setup.S
changelog             head.S              memtest_shared.lds  smp.c
config.c              init.c              msr.h               smp.h
config.h              io.h                mt86+_loader        spd.c
controller.c          jedec_id.h          mt86+_loader.asm    spd.h
controller.h          lib.c               patn.c              stdint.h
cpuid.c               linuxbios.c         pci.c               test.c
cpuid.h               linuxbios_tables.h  pci.h               test.h
defs.h                main.c              precomp.bin
dmi.c                 makedos.sh          random.c
[suga@linux memtest86+-4.00]$ 

static void setup_i850(void)
{
        static const int ddim[] = { ECC_NONE, ECC_RESERVED, ECC_CORRECT, ECC_RESERVED };
        unsigned long mchcfg;

        /* Fill in the correct memory capabilites */
        pci_conf_read(ctrl.bus, ctrl.dev, ctrl.fn, 0x50, 2, &mchcfg);
        ctrl.cap = ECC_CORRECT;
        ctrl.mode = ddim[(mchcfg >> 7)&3];
}

「i850」を見て、マザーボードに関する事かなぁと思ったら
チップセットの事だった。

一時期、チップセットの本を読んで、マザボードの話を勉強しただけに
サウスブリッジ、ノースブリッジなど懐かしい用語が出てくる。

思い出すために以下のサイトで勉強した。
チップセット ぐうたら感謝の日

[suga@linux memtest86+-4.00]$ ls
FAQ                   dmi.h               makeiso.sh          reloc.c
Makefile              elf.h               memsize.c           screen_buffer.c
README                error.c             memtest.bin.lds     screen_buffer.h
README.build-process  extra.c             memtest.exe         serial.h
bootsect.S            extra.h             memtest.lds         setup.S
changelog             head.S              memtest_shared.lds  smp.c
config.c              init.c              msr.h               smp.h
config.h              io.h                mt86+_loader        spd.c
controller.c          jedec_id.h          mt86+_loader.asm    spd.h
controller.h          lib.c               patn.c              stdint.h
cpuid.c               linuxbios.c         pci.c               test.c
cpuid.h               linuxbios_tables.h  pci.h               test.h
defs.h                main.c              precomp.bin
dmi.c                 makedos.sh          random.c
[suga@linux memtest86+-4.00]$ 

; A loader for www.memtest.org images, by Eric Auer 2003.
; This assumes that the image starts with the boot sector,
; which has the size of setup.S in sectors in a byte at offset
; 1f1h (497). Further, I assume setup.S directly after the boot
; sector and the actual memtest head.S after setup.S ...

; This version is derived from memtestL loader, which loads
; memtest.bin from a separate file. This version is meant to
; be used like (DOS / Unix variants):
; copy /b memteste.bin + memtest.bin memtest.exe
; cat memteste.bin memtest.bin > memtest.exe
; The good thing is that you get a single file which can be
; compressed, for example with http://upx.sf.net/ (UPX).

以下、省略

[suga@linux memtest86+-4.00]$ ls
FAQ                   dmi.h               makeiso.sh          reloc.c
Makefile              elf.h               memsize.c           screen_buffer.c
README                error.c             memtest.bin.lds     screen_buffer.h
README.build-process  extra.c             memtest.exe         serial.h
bootsect.S            extra.h             memtest.lds         setup.S
changelog             head.S              memtest_shared.lds  smp.c
config.c              init.c              msr.h               smp.h
config.h              io.h                mt86+_loader        spd.c
controller.c          jedec_id.h          mt86+_loader.asm    spd.h
controller.h          lib.c               patn.c              stdint.h
cpuid.c               linuxbios.c         pci.c               test.c
cpuid.h               linuxbios_tables.h  pci.h               test.h
defs.h                main.c              precomp.bin
dmi.c                 makedos.sh          random.c
[suga@linux memtest86+-4.00]$ 

/* dmi.c  using the DMI from SMBIOS to read information about the hardware's
 * memory devices capabilities and where they are mapped into the address space
 *
 * Copyright (c) Joachim Deguara, AMD 2006
 *
 * Release under the GPL version 2
 * ----------------------------------------------------
 * Memtest86+ V4.00 - Added compliance with SMBIOS Spec V2.6.1
 */

(以下、省略)

/* dmi.c  using the DMI from SMBIOS to read information about the hardware's
 * memory devices capabilities and where they are mapped into the address space
 *
 * Copyright (c) Joachim Deguara, AMD 2006
 *
 * Release under the GPL version 2
 * ----------------------------------------------------
 * Memtest86+ V4.00 - Added compliance with SMBIOS Spec V2.6.1
 */

(以下、省略)

(途中、省略)

/*
 * Initialize test, setup screen and find out how much memory there is.
 */
void init(void)
{
        int i;

        outb(0x8, 0x3f2);  /* Kill Floppy Motor */

        /* Turn on cache */
        set_cache(1);


(以下、省略)

#define outb(val,port) \
((__builtin_constant_p((port)) && (port) < 256) ? \
        __outbc((val),(port)) : \
        __outb((val),(port)))

__outb()や__outbc()が出てきた。
これはどこで定義されているのか調べてみたが
見つからなかった

英語で「out」には色々な意味があるが、それぞれの言葉の共通点として
「外側」の意味がある。この場合は「出力」(外に出す)だ。

何かを出力する、そのために出力装置に命令を送る。
そこから由来して「out()」になっていると思われる。

(途中、省略)

/*
 * Initialize test, setup screen and find out how much memory there is.
 */
void init(void)
{
        int i;

        outb(0x8, 0x3f2);  /* Kill Floppy Motor */

        /* Turn on cache */
        set_cache(1);


(以下、省略)

青い部分のoutb()命令だ。
outb()で代入している第1引数の値は「0x8」だ。
といっても、意味合いがよくわからない。

第2引数の値は「0x3f2」で、フロッピーディスクのI/Oポートの
番号になっている。

int map_page(unsigned long page)
{
        unsigned long i;
        struct pde {
                unsigned long addr_lo;
                unsigned long addr_hi;
        };
        extern unsigned char pdp[];
        extern struct pde pd2[];
        unsigned long window = page >> 19;
        if (FLAT || (window == mapped_window)) {
                return 0;
        }
        if (window == 0) {
                return 0;
        }
        if (!v->pae || (window >= 32)) {
                /* Fail either we don't have pae support
                 * or we want an address that is out of bounds
                 * even for pae.
                 */
                return -1;
        }
        /* Compute the page table entries... */
        for(i = 0; i < 1024; i++) {
                /*-----------------10/30/2004 12:37PM---------------
                 * 0xE3 --
                 * Bit 0 = Present bit.      1 = PDE is present
                 * Bit 1 = Read/Write.       1 = memory is writable
                 * Bit 2 = Supervisor/User.  0 = Supervisor only (CPL 0-2)
                 * Bit 3 = Writethrough.     0 = writeback cache policy
                 * Bit 4 = Cache Disable.    0 = page level cache enabled
                 * Bit 5 = Accessed.         1 = memory has been accessed.
                 * Bit 6 = Dirty.            1 = memory has been written to.
                 * Bit 7 = Page Size.        1 = page size is 2 MBytes
                 * --------------------------------------------------*/
                pd2[i].addr_lo = ((window & 1) << 31) + ((i & 0x3ff) << 21) + 0xE3;
                pd2[i].addr_hi = (window >> 1);
        }
        paging_off();
        if (window > 1) {
                paging_on(pdp);
        }
        mapped_window = window;
        return 0;
}

仮想アドレスから物理アドレスへの変換方法の1つにページング方式がある。
ページング方式で、メモリ管理を行なう際、青い部分で示している
ページテーブルエントリ(PTE:Page Table Entry)が重要になる。

for文で1024回のループがある。PTEは1024個ある事がわかる。

PTE(Page Table Entry)の構造だ。
32ビット(4バイト)の大きさで、x86系CPUの場合の
ページング方式でのメモリ管理を行なう上で重要な働きをする。

ちなみにページ(Page)とはメモリを4バイトに区切った単位の事です。

仮想アドレス(プロセスから見えるメモリアドレス)は、32ビットCPUの場合
4Gのメモリ空間を扱う事ができる。

仮想アドレスは上のように、10ビット、10ビット、12ビットで区切られている。
CPUのCR3レジスタには、Page Directory Tableの先頭アドレスを
格納している。

(1)CR3レジスタでPage Directory Tableに先頭アドレスが格納されている。

(2) (1)の値に、仮想アドレスの上位10ビットの値×PTEの大きさを加えると
　　該当のPTEの物理アドレスの先頭の値が出てくる。

(3) PTEに格納されているアドレスにはPage Tableの先頭の物理アドレスが
　　格納されている。

(4) (3)の値に、仮想アドレスの上位11〜20の値×PTEの大きさを加えると
　　物理メモリ上の該当のデータが入ったページの先頭のアドレスが出てくる。

(5) (4)の値に、仮想アドレスのOffset部分を加えると、物理アドレスが
　　　算出される。

Present bit.

「1」の場合、仮想アドレスに対応する物理アドレスが存在するので
アドレス変換が行なわれる。「0」の場合は、物理メモリ上には
存在しないので、Pege Fault(ページフォールト)が発生する。
ページフォールトとは、ページ(メモリの単位)の閲覧の失敗だ。

ところで、メモリ上のデータがハードディスクに退避(スワップ)している場合
物理メモリ上には存在しないため、この部分は「0」になる。
そのためページフォールトが発生して、ハードディスクへ
見にいく仕組みにしている。

Read/Write.
ここが「0」の場合、CPUの特権レベル3の命令は
この領域には書き込みができなくなる。特権レベル0のみ書き込み可能。

Supervisor/User.
ここが「0」の場合、CPUの特権レベル3の命令は
アクセスできない。特権レベル0の場合のみになる。

Accessビット
アクセスがあると「1」になる。
アクセスがないと「0」で、長時間「0」の場合、メモリの節約のため
退避(スワップ)の対象になるようだ。

Dirtyビット

書き込みがあると「1」になる。
「Dirty bit」を直訳すると「汚れビット」なのだ。
でも、名前の付け方が、イマイチ良くない。

PTEにアクセスや書き込みの許可のビットがあるが
実行の許可のビットがない。そのためバッファオーバーフロー攻撃で
メモリ上に送り込まれた不正な実行データを、無効化する事が
メモリのPTEでは不可能だ。

AMD64ビットCPUでは、メモリ管理において、C実行の許可・不許可の
NXビットを設けている。

(ITPro)
CPUが用意してOSが使う 不正コードの実行を禁止する「NX」ビット

この機能は、CPUのNXビット(XDビット)を使った機能で
バッファオーバーフロー攻撃によって不正に送り込まれた
実行ファイルを無効化する役目がある。

[suga@linux]$ more /proc/cpuinfo 
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 15
model name      : Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU     E4600  @ 2.40GHz
stepping        : 8
cpu MHz         : 2393.480
cache size      : 2048 KB
fdiv_bug        : no
hlt_bug         : no
f00f_bug        : no
coma_bug        : no
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 10
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic mtrr pge mca 
                  cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss 
                  nx constant_tsc up pni ds_cpl
bogomips        : 4738.69

[suga@linux]$ 

/procディレクトリは、メモリ上にあるカーネルの情報を
人間の見える形(ファイル形式)にしているのだ。

cpuinfoは、文字通りCPUの情報が入っている。
赤い色の部分がNXビット機能が付いている事を意味している。

[suga@linux]$ more /proc/cpuinfo 
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 15
model name      : Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU     E4600  @ 2.40GHz
stepping        : 8
cpu MHz         : 2393.480
cache size      : 2048 KB
fdiv_bug        : no
hlt_bug         : no
f00f_bug        : no
coma_bug        : no
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 10
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic mtrr pge mca 
                  cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss nx 
                  constant_tsc up pni ds_cpl
bogomips        : 4738.69

[suga@linux]$ 

/procディレクトリは、メモリ上にあるカーネルの情報を
人間の見える形(ファイル形式)にしているのだ。

cpuinfoは、文字通りCPUの情報が入っている。
赤い色の部分がPAE機能が付いている事を意味している。

(途中、省略)

syssize:
        .word _syssize
.org 508
root_dev:
        .word ROOT_DEV
boot_flag:
        .word 0xAA55
_eboot:

「0xAA55」に反応した。
どこかで見た値だと思ったら、マスターブートレコードで
ブートシグネチャーという所に格納される値で
この値でないと、マスターブートレコードが無効になり
起動しなくなるのだ。

「システム奮闘記:その71」をご覧ください。
(ブートローダー、GRUBの仕組み)

(途中、省略)

syssize:
        .word _syssize
.org 508
root_dev:
        .word ROOT_DEV
boot_flag:
        .word 0xAA55
_eboot:

short boot_flag 0xAA55 ;

boot_flag:
        .word 0xAA55