使用程序栈涉及syscalls吗？

Question

我正在学习操作系统理论，而且我知道堆分配涉及到一个特定的syscall，而且我知道编译器通常会为此进行优化，这比事先需要的更多。

但是我没有找到关于堆栈分配的信息。这是怎么回事？它涉及一个特定的syscall，每次您从其中读取或写入它时(例如，当您调用带有某些参数的函数时)？或者还有其他机制不涉及syscall？

Answer 1

通常，当操作系统启动您的程序时，它会检查可执行文件的头，并为各种事情安排不同的区域(可执行文件代码的区域，以及可执行文件数据的区域等等)。这包括设置一个初始堆栈(还有更多--例如找到共享库和执行动态链接)。

在操作系统完成所有这些之后，您的可执行文件就会开始执行。此时，您已经有了堆栈的内存，并且可以在没有任何系统调用的情况下使用它。

注1:如果您创建线程，那么可能会有一个系统调用来创建线程，并且这个系统调用可能会为新线程的堆栈分配内存。

注2:通常有“虚拟内存”(程序看到的是什么)和“物理内存”(硬件看到的)；而在这两者之间，操作系统通常会做很多技巧来提高性能，避免浪费物理内存，并隐藏资源限制(这样您就不必为耗尽物理内存而担心太多)。这些技巧之一是在不分配任何实际物理内存的情况下分配虚拟内存(例如，对于大型堆栈)，然后如果/何时首次修改虚拟内存，则分配物理内存。其他技巧包括各种“交换空间”方案和内存映射文件。这些技巧依赖于CPU代表程序生成的请求(例如，页面错误异常)，这些请求不是系统调用，而是具有类似(“要求内核做某事”)的特性。

注3:以上所有内容都取决于哪个操作系统。不同的操作系统会做不同的事情。我仔细地选择了单词。“典型”意味着大多数现代操作系统都像我所描述的那样工作(但“一般”并不意味着所有可能的操作系统都像我所描述的那样工作；有些操作系统不像我所描述的那样工作)。

Answer 2

不，堆栈是正常的记忆。从进程的角度来看，没有什么不同(因此出现了严重的安全漏洞，您可以返回指向堆栈中数据的指针)，但是堆栈现在已经改变了。

正如Brendan所写的，操作系统将在程序加载时为进程设置堆栈。但是如果您访问一个未分配的堆栈页(例如，如果您的堆栈正在增长)，内核可能会自动为您分配一个新的堆栈页。(与尝试在堆中分配新内存时没有太大不同，程序空间上没有更多可用的内存:但在本例中，您显式地执行了syscall来告诉内核您需要更多的堆内存)。

您将注意到，堆栈通常朝一个方向移动，堆(已分配的内存)则朝另一个方向(通常是朝对方)移动。因此，如果您的程序需要更多的堆栈，您有空间，但如果您的程序不需要太多的堆栈，您可以使用内存，例如，巨大的数组。或者相反:如果您执行了大量的递归，则需要分配很多堆栈(但您可能需要更少的堆内存)。

另外两个考虑因素: CPU可能有特殊的堆栈指令。但是你可以把它们看作是语法糖(你可以用MOV模拟推和弹出)。使用JMP调用和RET (并模拟推送和POP)。

内核可能会为自己的目的使用一个特殊的堆栈(对于中断特别重要)。