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linux内核堆栈

2018年04月16日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2453字 ⁄ 字号 评论关闭

在内核2.4中堆栈是这么定义的:
union task_union {
        struct task_struct task;
        unsigned longstack[INIT_TASK_SIZE/sizeof(long)];
    };
而INIT_TASK_SIZE只能是8K。

内核为每个进程分配一个task_struct结构时,实际上分配两个连续的物理页面(8192字节),如图所示。底部用作task_struct结构(大小约为1K字节),结构的上面用作内核堆栈(大小约为7K字节)。访问进程自身的task_struct结构,使用宏操作current, 在2.4中定义如下:

#define current get_current()
static inline struct task_struct * get_current(void)
{
      struct task_struct *current;
      __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r"(current) : "" (~8191UL));
      return current;
}
  ~8191UL表示最低13位为0, 其余位全为1。 %esp指向内核堆栈中,当屏蔽掉%esp的最低13后,就得到这个”两个连续的物理页面”的开头,而这个开头正好是task_struct的开始,从而得到了指向task_struct的指针。

在内核2.6中堆栈这么定义:
union thread_union {
      struct thread_info thread_info;
      unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};
根据内核的配置,THREAD_SIZE既可以是4K字节(1个页面)也可以是8K字节(2个页面)。thread_info是52个字节长。
下图是当设为8KB时候的内核堆栈:Thread_info在这个内存区的开始处,内核堆栈从末端向下增长。进程描述符不是在这个内存区中,而分别通过task与thread_info指针使thread_info与进程描述符互联。所以获得当前进程描述符的current定义如下:


#define current get_current()
static inline struct task_struct * get_current(void)
{
      return current_thread_info()->task;
}

static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
{
       struct thread_info *ti;
       __asm__("andl %%esp,%0;":"=r" (ti) : "" (~(THREAD_SIZE - 1)));
       return ti;
}
    根据THREAD_SIZE大小,分别屏蔽掉内核栈的12-bit LSB(4K)或13-bit LSB(8K),从而获得内核栈的起始位置。

struct thread_info {
      struct task_struct    *task;      /* main task structure */
      struct exec_domain    *exec_domain; /*execution domain */
      unsigned long          flags;       /* low level flags */
      unsigned long          status;       /* thread-synchronousflags */
      ... ..
}

 

fork系统调用中调用dup_task_struct,其执行:

1,  执行alloc_task_struct宏,为新进程获取进程描述符,并将描述符放在局部变量tsk中。

2,  执行alloc_thread_info宏以获取一块空闲的内存区,用以存放新进程的thread_info结构和内核栈,并将这块内存区字段的地址放在局部变量ti中(8K 或 4K, 可配置)。

3,  将current进程描述符的内容复制到tsk所指向的task_struct结构中,然后把tsk->thread_info置为ti。

4,  把current进程的thread_info描述符的内容复制到ti中,然后把ti->task置为tsk。

5,  返回新进程的描述符指针tsk。

 

staticstruct task_struct
*dup_task_struct(struct task_struct
*orig)
{
    
struct task_struct
*tsk;
    
struct thread_info
*ti;
    prepare_to_copy
(orig);
    tsk
= alloc_task_struct();
    
if(!tsk)
        
returnNULL;
    ti
= alloc_thread_info(tsk);
    
if(!ti){
        free_task_struct
(tsk);
        
returnNULL;
    
}
    
*tsk
=*orig;
    tsk
->thread_info
= ti;
    setup_thread_stack
(tsk, orig);
    …
..
}
#define alloc_task_struct()    kmem_cache_alloc(task_struct_cachep,
GFP_KERNEL
)
#define alloc_thread_info(tsk)
\
    
((struct thread_info
*) __get_free_pages(GFP_KERNEL,THREAD_ORDER))
#endif

 

内核栈空间大小非常有限,故在内核中写程序时,注意尽量不要定义大的局部变量,尽量不要使用递归(导致函数调用栈过大而导致栈溢出),当需要空间时,使用kmalloc在堆中申请。

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