Linux中的堆栈内存管理

Question

我有几个关于 Linux 堆栈大小限制的问题。我对 x86_64 系统最感兴趣，但如果存在平台差异，我也想了解它们。我的问题是：

1) Linux 如何动态增加栈的大小？

我编写了一个带有递归函数（使用堆栈空间）的测试程序，我可以在其中将迭代次数指定为命令行参数。程序在完成递归后暂停等待用户输入，这使我可以获取有关正在运行的进程的信息。如果我运行少量迭代，然后使用pmap 查看堆栈大小，则为 132K。

00007fff0aa3c000    132K rw---   [ stack ]

而如果我运行大量迭代，大小可能会变得更大，我相信默认情况下最多 8192 KB。例如，这里是运行更多迭代的输出。

00007fff3ed75000   8040K rw---   [ stack ]

但是如果我在运行应用程序时使用strace 来跟踪系统调用，我看不到任何与增加堆栈相关的内容。所以我想知道内核正在做什么来管理进程的堆栈空间。

2) Linux 在设置ulimit -s unlimited 时是否以任何方式保护堆栈区域？

如果我使用命令ulimit -s unlimited，那么我可以运行我的递归函数的更多迭代并且堆栈变得更大。例如这里是 pmap 的输出

00007ffda43a3000 8031260K rw---   [ stack ]

因为我不想让我的机器崩溃/挂起/锁定，所以我还没有测试过无限递归。但我想知道我是否做了任何会导致内核检测堆栈溢出的事情。还是 ulimit 是唯一的保护，关闭它可以让堆栈无限增长？

3) 如何处理堆栈保护页面？

这与我尝试过的任何东西都没有直接关系，但我也想知道 Linux 如何管理堆栈保护页面以及允许堆栈动态增长。

Answer 1

1. 对于每个正在运行的进程，Linux 都会保留一个虚拟内存地址区域列表。如果地址引用产生页面错误，Linux 会检查该列表以查看虚拟地址是否合法（在某个区域的范围内）。如果没有被区域声明，应用程序会收到一个 SIGSEGV 错误，否则内核会分配另一页系统内存并添加到转换缓存中。如果错误地址只是错过了一个区域，并且该区域用于堆栈（根据机器架构，堆栈会向上或向下增长），那么 Linux 会分配另一个 VM 页面，将其映射到该区域，从而增大堆栈。
2. 内核不保护堆栈。如果堆栈访问由于物理 VM 页面未附加到进程的内存区域而导致页面错误，则会测试进程的 rlimit 以查看是否允许添加另一个页面。
3. 某些 malloc(3) 调试器库正在使用堆栈保护页面。这些是将每个内存请求扩展 2 个 VM 页面：新页面前一页，新页面后一页。额外的页面被标记为根本无法访问，因此如果应用程序离开区域的末尾或在开始之前移动，则应用程序会遇到访问冲突。

以上内容被无耻地过度简化了，但仍然应该给出要点。