堆栈内存如何增加？

Question

在典型的 C 程序中，linux 内核提供 84K - ~100K 的内存。当进程使用给定内存时，内核如何为堆栈分配更多内存。

IMO 当进程占用堆栈的所有内存并且现在使用下一个连续内存时，理想情况下它应该页面错误，然后内核处理页面错误。 是不是内核为给定进程提供了更多的堆栈内存，Linux内核中的哪个数据结构标识了进程的堆栈大小？

Answer 1

根据操作系统（linux 实时与普通）和底层语言运行时系统，可以使用多种不同的方法：

1) 动态的，由于页面错误

通常将一些实际页面预分配给更高的地址，并将初始 sp 分配给该地址。栈向下增长，堆向上增长。如果页面错误发生在堆栈底部以下，则分配和映射缺少的中间页面。有效地从上到下自动增加堆栈。执行这种自动分配通常有一个最大值，可以或不能在环境 (ulimit)、exe-header 中指定或由程序通过系统调用 (rlimit) 动态调整。尤其是这种可调整性在不同操作系统之间差异很大。通常还有一个限制，即离堆栈底部“多远”页面错误被认为是正常的，并且会发生自动增长。请注意，并非所有系统的堆栈都向下增长：在 HPUX 下它（使用？）向上增长，所以我不确定 PA-Risc 上的 linux 做了什么（有人可以对此发表评论）。

2) 固定大小

其他操作系统（尤其是在嵌入式和移动环境中）要么根据定义具有固定大小，要么在 exe 标头中指定，要么在创建程序/线程时指定。特别是在嵌入式实时控制器中，这通常是一个配置参数，并且各个控制任务会获得修复堆栈（以避免失控线程占用更高优先级控制任务的内存）。当然，在这种情况下，内存可能只是虚拟分配，直到真正需要为止。

3) pagewise, spaghetti 和类似的

这种机制往往会被遗忘，但仍在某些运行时系统中使用（我知道 Lisp/Scheme 和 Smalltalk 系统）。它们根据需要动态分配和增加堆栈。但是，不是作为单个连续段，而是作为多页块的链接链。它需要编译器生成不同的函数进入/退出代码，以处理段边界。因此，此类方案通常由语言支持系统实现，而不是操作系统本身（过去是更早的时间 - 叹息）。原因是当您在交互式环境中有许多（例如 1000 个）线程时，预分配 1Mb 只会填满您的虚拟地址空间，并且您无法支持以前未知单个线程的线程需求的系统（即通常是动态环境中的情况，其中用户可能会将评估代码输入到单独的工作区中）。因此，上述方案 1 中的动态分配是不可能的，因为会有其他线程有自己的堆栈。堆栈由较小的段（例如 8-64k）组成，这些段从池中分配和释放，并链接到堆栈段链中。这样的方案也可能需要对延续、协程等事物的高性能支持。

现代 unixes/linuxes 和（我猜，但不是 100% 确定）windows 使用方案 1）作为 exe 的主线程，以及 2）用于额外的（p-）线程，这需要由下式给出的固定堆栈大小最初是线程创建者。大多数嵌入式系统和控制器使用固定（但可配置）的预分配（在许多情况下甚至是物理预分配）。

编辑：错字

Answer 2

给定进程的堆栈具有有限的固定大小。你不能像你（理论上）描述的那样添加更多内存的原因是因为堆栈必须是连续的，并且它向堆增长。因此，当堆栈到达堆时，无法进行扩展。

用户态程序的堆栈大小不是由内核决定的。内核堆栈大小是内核的配置选项（通常为 4k 或 8k）。

编辑：如果您已经知道这一点，并且只是在谈论为进程分配物理页面，那么您已经完成了该过程。但是没有必要像这样跟踪“堆栈大小”：堆栈中没有分页表条目的虚拟页面只是正常的过度使用虚拟页面。物理内存将在他们第一次访问时被授予。但是内核没有必须过度使用内存，因此在第一次加载可执行文件时，堆栈可能会有完整的物理实现。

Answer 3

堆栈只能使用到一定的长度，因为它在内存中具有固定的存储容量。如果您的问题是堆栈被用完的方向是什么？答案是向下。它在内存中填充到堆中。堆是内存的一个动态组件，它实际上可以根据您对数据存储的需要自下而上增长。