Linux内核堆栈使用方法 进程0和进程1【转】
转自:http://blog.csdn.net/yihaolovem/article/details/37119971
今天和一个朋友聊天,朋友说在编写驱动时遇到一个怪异的问题。他在内核中使用了一个深度函数调用(多层嵌套的函数),但没有实现预定的效果,但如果把嵌套去掉,函数就没问题了。当时我也没有多想,就回答可能是编译器的问题。回来后头脑中又浮现出这个问题,突然想到内核栈,觉得这个问题的原因应该出在内核栈上。下面简要介绍下内核的知识。
用户空间运行的程序可以从用户空间的栈上分配大量的空间来存放变量或数组、大的结构体。之所以可以这么做,是因为用户空间栈本身比较大,而且还能动态增长。进程的内核栈即不大也不能动态增长;它在32位机上的内核栈为8KB,而64位机是16KB。
每个进程都有自己的内核栈。进程在内核执行期间的每个调用链必须放在自己的内核栈上。中断处理程序也使用配它们打断的进程堆栈。这就意味着,在最恶劣的情况下,8KB的内核栈可能会被多个函数的嵌套调用链和几个中断程序来共享。呵呵,显然深度的嵌套会导致溢出了。
节省内核栈的方法有:减少局部变量、大型数组和结构体、嵌套调用链。
5.8 Linux 系统中堆栈的使用方法
0.12系统中共使用了4种堆栈。第1种是系统引导初始化时临时使用的堆栈;第2种是进入保护模式之后提供内核程序初始化使用的堆栈,位于内核代码地址空间固定位置处。该堆栈也是后来任务0使用的用户态堆栈;第3种是每个任务通过系统调用,执行内核程序时使用的堆栈,我们称之为任务的内核态堆栈。每个任务都有自己独立的内核态堆栈;第4种是任务在用户态执行的堆栈,位于任务(进程)逻辑地址空间近末端处。
5.8.1 初始化阶段
BIOS引导加载到物理内存0x7c00处时,并没有设置堆栈段,当然程序也没有使用堆栈。直到bootsect被移动到0x9000:0处时,才把堆栈段寄存器SS设置为0x9000,堆栈指针esp寄存器设置为0xff00,即堆栈顶端在0x9000:0xff00处,参见boot/bootsect.s第61、62行。setup.s程序中也沿用了bootsect中设置的堆栈段。这就是系统初始化时临时使用的堆栈。

5.8.2 任务的堆栈
– 任务数据结构块个字节,大约为3KB。而任务的用户态堆栈却可以在用户的64MB空间内延伸。
on
Write),因此在进程被创建后,若该进程及其父进程都没有使用堆栈,则两者共享同一堆栈对应的物理内存页面。只有当其中一个进程执行堆栈写操作(如push操作)时内核内存管理程序才会为写操作进程分配新的内存页面。而进程0和进程1的用户堆栈比较特殊,见后面说明。

CPU执行堆栈操作时是先递减堆栈指针esp值,然后在esp指针处保存入栈内容。

0.12内核所能支持的最大物理内存长度(参见head.s,110行开始的注释)。因此,内核代码可以寻址到整个物理内存范围中的任何位置,当然也包括主内存区。每当任务执行内核程序而需要使用其内核栈时,CPU就会利用TSS结构把它的内核态堆栈设置成由tss.ss0和tss.esp0这两个值构成。在任务切换时,老任务的内核栈指针esp0不会被保存。对CPU来讲,这两个值是只读的。因此每当一个任务进入内核态执行时,其内核态堆栈总是空的。
5.8.3 任务内核态堆栈与用户态堆栈之间的切换
style="padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px;
padding-left: 0px; margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom:
0px; margin-left: 0px; ">Linux
0.12系统中,所有中断服务程序都属于内核代码。如果一个中断产生时任务正在用户代码中执行,那么该中断就会引起CPU特权级从3级到0级的变化,此时CPU就会进行用户态堆栈到内核态堆栈的切换操作。CPU会从当前任务的任务状态段TSS中取得新堆栈的段选择符和偏移值。因为中断服务程序在内核中,属于0级特权级代码,所以48位的内核态堆栈指针会从TSS的ss0和esp0字段中获得。在定位了新堆栈(内核态堆栈)之后,CPU就会首先把原用户态堆栈指针ss和esp压入内核态堆栈,随后把标志寄存器eflags的内容和返回位置cs、eip压入内核态堆栈。

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