《windows核心编程系列》谈谈windows线程栈

长平狐 发布于 2012/10/08 15:16
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谈谈windows线程栈。

        当系统创建线程时会为线程预订一块地址空间区域,注意仅仅是预订。默认情况下预定的这块区域的大小是1MB,虽然预订这么多,但是系统并不会给全部区域调拨物理存储器。默认情况下,仅仅为两个页面挑拨。x86系统下每个页面是4KB.其他页面会在访问的时候由系统调拨。这仅仅是在创建线程时,程序员指定CreateThread的第二个参数StackSize为0时才会发挥作用。如果程序员传入的是非零值,那么调拨的物理存储器的数量就是这个非零值。

          这两个默认的页面是从哪里来的呢?原来是在链接的时候,系统会将当前编译器中指定的大小写入PE文件中。(PE文件即为exe可执行文件),如果StackSize被指定为0,系统就将PE文件中读出的值作为预订和调拨的页面数。在编译器将预定和挑拨的数量写入PE文件之前,我们可以用两种方法,改变编译器写入的大小。一种是使用/F选项,另一种是使用/STACK选项。

          预定空间后,系统会为线程栈的最上方的两个页面调拨物理存储器,esp指向第一个挑拨页面的起始位置。第二个页面也被调拨了页面,它被称为防护页面,具有PAGE_GUARD属性,当线程试图访问防护页面时,系统会得到通知,会为防护页面下方的页面调拨物理存储器,同时,将原来防护页面的PAGE_GUARD的属性去掉,为他下方刚刚调拨的页面指定PAGE_GUARD属性,他就变成了防护页面,此操作,会使防护页面不断下移.不断为页面调拨物理存储器。

由于栈空间默认是1M,(即使再大他也是有限的)当调用函数时,或是局部变量增多时,被调拨的页面越来越多,

使防护页面不断下移,最终他会到达这样一个状态:(3000,2000,1000仅仅起标记作用并不代表实际情况)

 

此时,线程访问地址为3000的页面,由于它具有保护属性,因此系统会为地址为2000的页面调拨物理存储器,系统会去除页面地址为3000的PAGE_GUARD属性,然后给地址为2000的页面调拨物理存储器。但此时会与原来不同。      

         原来为页面调拨物理存储器后,会将他上方的页面的保护属性去掉,而把他设为保护属性,现在区别在于,新调拨的页面并没有被设为保护属性。与此同时,系统会抛出EXCEPTION_STACK_OVERFLOW异常,此异常会被系统捕捉,进而通知我们的程序,至于如何响应这个通知,则有程序员自己定义。另外由于系统是在线程访问具有保护属性的页面时,才会为他下方的页面调拨物理存储器,地址2000的页面没有保护属性,所以地址为1000的页面永远也不会被调拨物理存储器。

之所以不为地址为1000的页面,(即栈底)调拨物理存储器,是为了保护进程内的其他数据。因为当栈增长到超过预定的区域后,他会覆盖进程地址空间的其他数据。如果线程在引发堆栈溢出异常后继续使用栈,即访问地址为1000的页面,由于此页面永远不会被调拨物理存储区,而访问未被调拨的页面会引发违规访问异常,此时进程将会被终止。

系统故意不为栈底调拨物理存储器,用来检测程序溢出的情况。但这样仍然不能完全阻止这种情况。如:

DWORD WINAPI threadpro(PVOID)

{

      int array[10];

      array[2000]=100;    //假设此时array+2000的地址在栈外

     return 0;

}

       请问此时会发生访问违规,导致进程被终止吗?假设此时array+2000的地址在栈外。

       答案是不确定。首先得明确什么情况下会导致访问违规。

前面我们提到,当访问没有被调拨物理存储器的页面时会发生访问违规。此处,array[2000]所处的页面有没有被调拨物理页面我们是不清楚的。当它所处的位置已经被调拨物理存储器,线程会用100覆盖此处的值,导致的结果不确定。如果没有被调拨,就会引发访问违规,导致进程被结束。 通过这个例子可以知道,即使操作系统采取了不为栈底挑拨物理存储器的方法,但仍不能解决此类问题。

再看一个例子:

DWORD WINAPI threadpro(PVOID)

{

      int array[1000];

      array[900]=100;    //假设array+900位于防护页面之下。

      return 0;

}

 

此例中,线程需要1000*4个字节的栈空间,假设此时没有发生栈溢出的情况,也就是说array+900仍然指向栈内,此时会发生什么情况呢??由于需要大量的栈空间,在开始运行时,系统会为1000*4个字节预订空间,不会为他们全部调拨物理存储器。只有当程序真正访问时才会为他调拨物理存储器。此时为存在一个问题。如果此时程序要访问位于防护页面之下的地址会发生什么情况?

由于位于防护页面之下的栈空间都没有被调拨物理存储器,如果仍然去访问的话,将会造成访问违规。

如何解决这个问题呢?原来是编译器编译程序的时候,编译器会获得系统的页面大小。当它算出线程执行中需要的栈空间大于系统的页面大小时他会自动插入代码来调用检查函数,检查函数的作用就是:为程序要访问的栈空间之前的所有页面调拨物理存储器,确保程序去访问时发生违规访问的情况。如此例,当程序试图访问array+900的栈地址时,系统会为他和他之前的所有栈空间调拨物理存储器。

检查函数一般由编译器厂商用汇编来实现。

 

文章参考自:windows核心编程(第五版)第三部分,以上仅仅是个人体会,如有纰漏,请不吝赐教。谢谢。


原文链接:http://blog.csdn.net/ithzhang/article/details/6998147
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