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Linux 中的堆栈分配是如何工作的？

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Linux 中的堆栈分配是如何工作的？

操作系统是否为堆栈或其他内容保留固定数量的有效虚拟空间？我可以仅通过使用大的局部变量来产生堆栈溢出吗？

我写了一个小C程序来测试我的假设。它在 X86-64 CentOS 6.5 上运行。

#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    int n = 10240 * 1024;
    char a[n];
    memset(a, 'x', n);
    printf("%x\n%x\n", &a[0], &a[n-1]);
    getchar();
    return 0;
}

运行程序给出&a[0] = f0ceabe0和&a[n-1] = f16eabdf

proc 映射显示了堆栈：7ffff0cea000-7ffff16ec000. (10248 * 1024B)

然后我尝试增加n = 11240 * 1024

运行程序给出&a[0] = b6b36690和&a[n-1] = b763068f

proc 映射显示了堆栈：7fffb6b35000-7fffb7633000. (11256 * 1024B)

ulimit -s在我的电脑上打印10240。

正如您所看到的，在这两种情况下，堆栈大小都大于ulimit -s给出的大小。并且堆栈随着局部变量的增大而增长。堆栈顶部不知何故少了 3-5kB &a[0]（据我所知，红色区域是 128B）。

那么这个堆栈映射是如何分配的呢？

答案1

看来堆栈内存限制未分配（无论如何，它不能无限堆栈）。https://www.kernel.org/doc/Documentation/vm/overcommit-accounting说：

C 语言堆栈的增长会进行隐式的 mremap。如果您想要绝对的保证并接近边缘运行，则必须将堆栈映射为您认为需要的最大大小。对于典型的堆栈使用来说，这并不重要，但如果你真的很关心的话，这就是一个极端的情况

然而，映射堆栈将是编译器的目标（如果它有一个选项）。

编辑：在 x84_64 Debian 机器上进行一些测试后，我发现堆栈在没有任何系统调用的情况下增长（根据strace）。因此，这意味着内核会自动增长它（这就是上面“隐式”的意思），即没有显式mmap/mremap来自进程。

很难找到证实这一点的详细信息。我建议了解 Linux 虚拟内存管理器梅尔·戈尔曼着。我想答案在第 4.6.1 节中处理页面错误，例外情况是“区域无效，但位于可扩展区域（如堆栈）旁边”以及相应的操作“扩展区域并分配页面”。另见 D.5.2扩展堆栈。

关于 Linux 内存管理的其他参考资料（但几乎没有关于堆栈的内容）：

编辑2：此实现有一个缺点：在极端情况下，即使堆栈大于限制，也可能无法检测到堆栈堆冲突！原因是，对堆栈中变量的写入可能最终会进入分配的堆内存，在这种情况下，不会出现页面错误，并且内核无法知道堆栈需要扩展。请参阅我在讨论中的示例GNU/Linux 下静默的栈堆冲突我从 gcc-help 列表开始。为了避免这种情况，编译器需要在函数调用时添加一些代码；这可以通过 GCC 完成-fstack-check（有关详细信息，请参阅 Ian Lance Taylor 的回复和 GCC 手册页）。

答案2

Linux内核4.2

最小测试程序

然后我们可以使用最小的 NASM 64 位程序对其进行测试：

global _start
_start:
    sub rsp, 0x7FF000
    mov [rsp], rax
    mov rax, 60
    mov rdi, 0
    syscall

确保关闭 ASLR 并删除环境变量，因为这些变量将进入堆栈并占用空间：

echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space
env -i ./main.out

该限制略低于我的限制ulimit -s（对我来说是 8MiB）。看起来这是因为除了环境之外，最初放入堆栈的额外的 System V 指定数据：汇编中的 Linux 64 命令行参数堆栈溢出

如果你认真对待这个问题，TODO制作最小的 initrd 映像从栈顶开始写入并向下写入，然后使用 QEMU + GDB 运行它。dprintf在循环中放置一个打印堆栈地址，并在 处放置一个断点acct_stack_growth。这将是辉煌的。

有关的：

答案3

默认情况下，最大堆栈大小配置为每个进程 8MB，
但可以使用以下命令进行更改ulimit：

显示默认值（以 kB 为单位）：

$ ulimit -s
8192

设置为无限制：

ulimit -s unlimited

影响当前 shell 和子 shell 及其子进程。
（ulimit是 shell 内置命令）

您可以使用以下命令显示正在使用的实际堆栈地址范围：
cat /proc/$PID/maps | grep -F '[stack]'
在 Linux 上。

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