深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

最近学习了下linux下进程和线程空间的分配原理,觉得有必要坐下总结,

https://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/78779158

 

计算机是如何启动的

https://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/62891811

 

进程栈与线程栈的关系

https://blog.csdn.net/mxgsgtc/article/details/80433215

 

汇编语言学习小结

https://blog.csdn.net/elfprincexu/article/details/76200234

 

 

 

关于进程栈和线程栈总结:

 

    (1)进程栈大小时执行时确定的,与编译链接无关

    (2)进程栈大小是随机确认的,至少比线程栈要大,但不会超过2倍

    (3)线程栈是固定大小的,可以使用ulimit -a 查看,使用ulimit -s 修改

    (4)一般默认情况下,线程栈是在进程的堆中分配栈空间,每个线程拥有独立的栈空间,为了避免线程之间的栈空间踩踏,线程栈之间还会有以小块guardsize用来隔离保护各自的栈空间,一旦另一个线程踏入到这个隔离区,就会引发段错误。

 

 

下面是一个比较简单的多线程程序。程序如下,

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  1. int main()

  2. {

  3. int ret = 0;

  4. int i = 0;

  5. /* int stack_size = 128 * 1024; */

  6.  
  7. pthread_attr_t attr;

  8. /* pthread_attr_setstacksize(&attr, stack_size); */

  9.  
  10. for (i = 0; i < 3; i++) {

  11. ret = pthread_create(&thread[i], NULL, thread_func, NULL);

  12. if (ret) {

  13. perror("create");

  14. return -1;

  15. }

  16. }

  17.  
  18. while (1) {

  19. ;

  20. }

  21.  
  22. return 0;

  23. }

  24.  

上图是我的测试程序,我创建了3个线程。程序运行以后,我们可以通过/ proc/PID/task来看该程序有多少线程在运行: 
深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

然后我们来看一下进程的地址空间。 /proc/PID/maps就是进程的地址空间。如下所示: 
深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配 
可以看出,进程的地址空间从低到高依次是:进程代码段(标志含有x)、只读数据段、可读写数据段、堆、mmap区(文件映射和匿名映射,其中有文件名的行是文件映射),栈。

线程18438的栈:(0xb7570000-0xb6d70000)的值恰好是8M,线程栈默认大小是8M。(0xb6d70000-0xb6d6f000)的值是4K,这4K是保护页。

为什么这三个线程的栈都是8M?可以从ulimit命令来得出,这是进程的资源限制:

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

使用ulimit -a命令可以看出,进程资源限制中栈大小的限制是8194K,即8M.

那么,这个8M大小是不是可以更改的?以及后面会什么会有一个4K大小的保护页?这可以从glibc代码里面来获取答案:

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  1. 1.

  2. __pthread_create_2_1

  3. /* 这里分配线程栈 */

  4. ALLOCATE_STACK

  5.  
  6. 2.

  7. /* allocate_stack就是具体的分配线程栈的函数: */

  8. allocate_stack

  9. /*如果没有设置线程栈大小,就使用默认值*/

  10. size = attr > stacksize ?: __default_stacksize;

  11. /* ... */

  12.    /* Try to get a stack from the cache. */

  13.     pd = get_cached_stack (&size, &mem);

  14.     /* 如果没有从cache申请到,就要mmap申请一块内存 */

  15.     if (pd == NULL){

  16. /* MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS: 私有匿名映射 */

  17.         mmap (NULL, size, prot, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_STACK, -1, 0);

  18.        /* 接着设置一个保护区,该区域的页表属性是PROT_NONE(Page can not be accessed) */

  19.        mprotect(guard, guardsize, PROT_NONE);

  20.  

对于设置为PROT_NONE的页,是不能访问的,那么访问到这个保护区时就出现错误,linux是靠这种机制来实现栈溢出保护的。

下面我们来调整线程栈:

  • 设置pthread_attr属性

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

可以看到此时的线程栈大小是: (0xb758f000-0xb756f000) = 128K.

 

 

测试进程栈和线程栈大小: 

 

 

查看线程栈大小:

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

可以看到默认情况下线程栈大小为8192(8MB),可以使用ulimit -s xxx修改线程默认栈大小

(1)检查线程栈默认大小(8KB)

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    线程执行2030次之后,出现段错误(2030*4K=8120K)

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

 

(2)修改栈大小,使用pthread_attr_setstack()

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

    如上修改栈大小为16MB,其中线程栈的空间从堆中进行分配

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

   程序执行4063次后出现段错误(4063*4KB)

 

(3)创建两个线程,使用默认栈大小执行

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

    创建两个线程,默认单个线程栈大小为8M

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    执行结果1:程序执行4009次之后段错误(4009*4KB)

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

    执行结果2:程序执行3380次之后段错误(3380*4KB)

总结:

        两个线程时,两个线程栈的总和不是固定值,也不是线程栈的2倍

 

(3)不使用任何线程

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执行结果1:程序执行2538次后段错误(2538*4KB)

深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

执行结果2:程序执行2537次后段错误(2537*4KB)

总结:

    进程的栈大小不是固定的,而是比线程栈大一些

 

(4)线程栈从进程栈中分配

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深入理解linux下进程和线程的空间分配,进程栈和线程栈的空间分配

执行结果1:   程序执行2536次后段错误(2536*4KB>8M)

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    执行结果2:程序执行2537次后段错误(2537*4KB>8M)

总结:

    线程从进程栈分配空间,大小并不是固定的,如果分配空间大于进程栈空间,那么直接运行时出现段错误。