Linux中的栈（Stack）

sangwf

原文发表于：http://hi.baidu.com/sangwf/item/c8d20a440fea45adde2a9f55

栈（Stack）和堆（Heap）的区别，这里就不赘述了。如果你无法区分两者，这篇文章就不太适合你看。在研究Linux 0.12时，总是被其中关于栈切换的部分弄混，现在总算认识比较清楚了，做一个总结分享。

1. 栈的向下生长，是地址增加还是地址减小？


可能是某位前辈喜欢将内存结构画成柱状的，最下面是小地址，最上面是大地址，所谓向下生长，就是地址减小。比如你执行push eax，就等价于sub esp, 4; mov [esp], eax。即先将esp的值（一个地址）减少4，然后将eax的值存在esp所指向的地址中。对于x86体系中，数值的表示是Little-Endian的，即数值的低位存放在低地址，高位存在于高地址。假设esp的值是0x10000004，eax的值是0x12345678，那么执行push eax后，esp变成了0x10000000，[0x10000000] = 0x78，[0x10000001] = 0x56，[0x10000002] = 0x34，[0x10000003] = 0x12。

2. 内核栈和用户栈的关系

如果没有研究过内核，可能会认为一个任务只有一个栈，没有所谓内核栈和用户栈的区分。事实上我现在还觉得除了更易开发方面的考虑，为何要存在内核栈？网上许多信息都说是为了安全，到底是怕谁破坏谁呢？是内核破坏用户进程？这个有点说不过去，内核其实什么都能干，还怕内核写错了，一不小心把用户栈中的内容搞坏了？还是怕用户进程破坏了内核栈？而一个进程要么处于内核态，要么处于用户态。内核态可以理解为是无状态的，也就是本次的内核态执行，并不依赖于上次的内核态信息。一旦在用户态中，内核态所使用的现场就会清理干净，就不存在被破坏的问题了。

用户态的进程在运行时，分配临时变量，或者函数调用的参数传递，都会使用到用户栈。当进行系统调用时，就会将用户栈的ss和esp压入到内核栈，还有其它的如EIP压入内核栈，然后进行系统调用。系统调用是软中断，通过这种方式进入到了内核态，调用的整个过程就是使用内核栈了。而每一次系统调用时，内核栈的ss和esp是直接从TSS任务段中获取的，也就是每次都是固定的空栈。

3. 硬件中断时，用的是什么栈？

系统调用是软中断，硬件中断（如键盘、时钟）是硬中断，两者处理过程中一般都是用的当前运行进程的内核栈（Linux内核的新版本中，在内核栈<=4k时，系统会为每个CPU分配一个独立的硬中断栈，避免使用用户进程内核栈带来的栈溢出的问题）。中断有优先级和是否可抢占的机制。如果一个中断处理逻辑被一个新的高优先级中断所打断，处理逻辑就像执行了一次函数调用，结束后在返回。中断程序中，要注意保护现场，用完什么寄存器，在结束时要恢复到原状。一般通过开始时push到栈，结束时pop恢复来实现。

4. ebp与esp的关系

ebp主要进行一些协助工作。一般在函数调用时，先push ebp，将旧的ebp压入栈中，然后mov ebp, esp，即将esp的值保存在ebp中。为什么要这么使用呢？你想想看，栈主要用于临时变量的分配，中间分配个若干次，esp指向的地址都不知道偏到哪里了，如果再想获取最开始的函数参数，那就麻烦透了。有了ebp，就可以通过ebp+n的方式，获取到对应的参数值。同时，在函数执行完毕时，通过mov esp, ebp，直接将esp移动到最开始的位置，省的中间算偏移的时候算错，引起更大的问题。然后执行pop ebp，又将ebp恢复到了开始的值。

以上四点是我遇到的最困惑的几个问题，如果你还有其他疑问，请反馈给我再补充上去。

humjb_1983

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