为什么同一程序的不同运行时堆栈大小不同？

Question

考虑以下程序。它从命令行获取一个参数，然后将递归函数展开到该限制。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int rec(int x, int limit) {
  if (x == limit) {
    return limit;
  }
  int r = rec(x + 1, limit);
  return r - 1;
}

int main(int arc, char* argv[]) {
  int result, limit;
  limit = atoi(argv[1]);
  printf("stack: %p\n", &result);
  result = rec(0, limit);
  printf("%d\n", result);
}

如果我编译它，我希望它会在固定输入参数限制下用完堆栈。其他事情发生了。

dejan@raven:~/test/stack$ gcc stack.c
dejan@raven:~/test/stack$ ./a.out 174580
stack: 0x7fff42fd58f0
Segmentation fault (core dumped)
dejan@raven:~/test/stack$ ./a.out 174580
stack: 0x7ffdd2dd8b20
0

在两次不同的运行中，堆栈大小似乎不同。这似乎不是编译器问题，因为同样的事情发生在 clang 中，并且反汇编不涉及任何奇怪的事情。

为什么不同运行的堆栈大小不同？

Answer 1

添加 SIGSEGV 处理程序：

void handler( int sig )
{
    char buffer[ 1024 ]
    sprintf( buffer, "/path/to/pmap %d", getpid() );
    system( buffer );
    exit( 0 );
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    signal( SIGSEGV, handler );
       .
       .
       .

这样，您的进程将在 SEGV 时发出其地址空间的映射，而不是生成核心文件。

请注意，通常这是一种非常危险的做事方式。这不是真正的异步信号安全。但是您并没有做任何会导致僵局造成真正损害的事情。

Answer 2

我已将/proc/self/maps 解析器添加到您的程序中（与@AndrewHenle 建议的方法相同，但我在程序开始时执行此操作，并且不调用pmap）：

char* get_stack_bounds() {
    FILE* maps = fopen("/proc/self/maps", "r");
    static char line[256];

    while(!feof(maps)) {
        fgets(line, 255, maps);
        if(strstr(line, "[stack]")) {
            char* space = strchr(line, ' ');
            *space = '\0';
            fclose(maps);
            return line;
        }
    }

    fclose(maps);
    return NULL;
}

unsigned long get_stack_right() {
    char* bounds = get_stack_bounds();
    bounds = strchr(bounds, '-') + 1;
    return strtol(bounds, NULL, 16);
}

并在main()开头转储一些信息：

printf("&result: %p delta: %ld\n", &result, 
     get_stack_right() - ((unsigned long) &result));

以下是一些结果：

> ./a.out 104747
&result: 0x7fff3347c7f8 delta: 6152
0
> ./a.out 174580
&result: 0x7fffe43c9b38 delta: 5320
0
> ./a.out 174580
&result: 0x7fff26ad2b28 delta: 9432
Segmentation fault (core dumped)
> ./a.out 174580
&result: 0x7fff145aa5a8 delta: 6744
0
> ./a.out 174580
&result: 0x7fff74fff0b8 delta: 12104
Segmentation fault (core dumped)

我认为delta（即result地址与堆栈基地址之间的差异）与分段错误之间的相关性是显而易见的。

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您应该注意main() 不是程序中运行的第一个函数，实际入口点将是来自 crt1.o（或其他）的_start()，因此初始堆栈大小可能不同。

实际问题是Address space layout randomization 。 以下是来自fs/binfmt_elf_fdpic.c 关于其用法的评论：

/* In some cases (e.g. Hyper-Threading), we want to avoid L1 evictions
 * by the processes running on the same package. One thing we can do is
 * to shuffle the initial stack for them, so we give the architecture
 * an opportunity to do so here.
 */
sp = arch_align_stack(bprm->p);

这是arch_align_stack() 在 x86 上的实现：

unsigned long arch_align_stack(unsigned long sp)
{
    if (!(current->personality & ADDR_NO_RANDOMIZE) && randomize_va_space)
        sp -= get_random_int() % 8192;
    return sp & ~0xf;
}