GCC -fstack-check 选项在 C 中引发了什么异常

Question

根据 gcc 文档

-fstack-check

生成代码以验证您没有超出堆栈的边界。请注意，此开关实际上不会导致进行检查；操作系统必须这样做。该开关会导致生成代码以确保操作系统看到正在扩展的堆栈。

我的假设是这个额外的代码会产生异常让操作系统知道。 使用 C 语言时，我需要知道额外代码生成了什么异常。

Google 也没有太大帮助。关闭我知道它会在 Ada 语言 (Reference) 的情况下生成 Storage_Error 异常。

我正在开发一种需要捕获此异常的小型操作系统/调度程序。我正在使用 C/C++。

我的 GCC 版本 3.4.4

Answer 1

它不会直接产生任何异常。它会生成代码，当堆栈扩大一页以上时，会生成对新分配区域中的每一页的读写访问。这就是它所做的全部。示例：

extern void bar(char *);
void foo(void)
{
    char buf[4096 * 8];
    bar(buf);
}

编译（使用 gcc 4.9，在 x86-64 上，-O2）到：

foo:
        pushq   %rbp
        movq    $-32768, %r11
        movq    %rsp, %rbp
        subq    $4128, %rsp
        addq    %rsp, %r11
.LPSRL0:
        cmpq    %r11, %rsp
        je      .LPSRE0
        subq    $4096, %rsp
        orq     $0, (%rsp)
        jmp     .LPSRL0
.LPSRE0:
        addq    $4128, %rsp
        leaq    -32768(%rbp), %rdi
        call    bar
        leave
        ret

orq $0, (%rsp) 对(%rsp) 处的内存内容没有影响，但 CPU 将其视为对该地址的读写访问。 （我不知道为什么 GCC 在循环期间将 %rsp 偏移了 4128 个字节，或者为什么它认为帧指针是必要的。） 理论上，如果堆栈变得太大，操作系统可以注意到这些访问并做一些适当的事情。对于 POSIX 兼容的操作系统，这将是一个 SIGSEGV 信号的传递。

您可能想知道操作系统如何注意到这样的事情。硬件允许操作系统将地址空间页面指定为完全不可访问；任何在这些页面中读取或写入内存的尝试都会触发硬件故障，操作系统可以按照它认为合适的方式处理该故障（同样，对于符合 POSIX 的操作系统，提供SIGSEGV）。这可用于在为堆栈保留的空间末尾立即放置一个“保护区”。这就是为什么每页访问一次就足够了。

-fstack-check 旨在保护您免受“保护区域”非常小的情况（可能只有一页）的影响，因此在堆栈上分配一个大缓冲区会移动堆栈指针 过去该区域并进入可访问 RAM 的另一个区域。如果程序碰巧从不接触保护区内的内存，您不会立即崩溃，但您会在其他区域的任何地方乱涂乱画，从而导致延迟操作故障。