線(xiàn)程棧(thread stacks)介紹

先回顧下linux的內(nèi)存空間布局

簡(jiǎn)書(shū)_stack02.png

當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)C實(shí)現(xiàn)的thread時(shí)，C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)會(huì)負(fù)責(zé)分配一塊內(nèi)存作為這個(gè)線(xiàn)程的棧。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)分配這塊內(nèi)存，告訴內(nèi)核它的位置并讓內(nèi)核處理這個(gè)線(xiàn)程 的執(zhí)行。
在linux系統(tǒng)中，可通過(guò)?ulimit -s查看系統(tǒng)棧大小（8M）。
ulimit -s 10240可修改棧大小為10M。

?

這里最大的一個(gè)問(wèn)題是，分配大數(shù)組，或者循環(huán)遞歸函數(shù)時(shí)，默認(rèn)的棧空間不夠用，會(huì)導(dǎo)致Segmentation fault錯(cuò)誤。

//testMaxStack.cpp #include <stdio.h> int main() { printf("init ok\n"); char a[8192*1024]; // 8M空間 printf("run over\n"); } //執(zhí)行結(jié)果 [app@VM_114_13_centos c]$ ulimit -s 8192 [app@VM_114_13_centos c]$ g++ testMaxStack.cpp [app@VM_114_13_centos c]$ ./a.out Segmentation fault

解決方法有兩個(gè)：

• ulimit -s 10240調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)給所有線(xiàn)程棧分配的內(nèi)存塊的大小。但是全線(xiàn)提高棧大小意味著每個(gè)線(xiàn)程都會(huì)提高棧的內(nèi)存使用量，這樣一來(lái)，你將用光所有內(nèi)存。
• 為每個(gè)線(xiàn)程單獨(dú)確定棧大小。這樣一來(lái)你就不得不完成這樣的任務(wù)：根據(jù)每個(gè)線(xiàn)程的需要，估算它們的棧內(nèi)存的大小。這將是創(chuàng)建線(xiàn)程的難度超出我們的期望。

Go是如何應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的

Go使用的解決方案類(lèi)似第二種方法。
goroutine 初始時(shí)只給棧分配很小的空間，然后隨著使用過(guò)程中的需要自動(dòng)地增長(zhǎng)。這就是為什么Go可以開(kāi)千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)goroutine而不會(huì)耗盡內(nèi)存。
Go 1.4開(kāi)始使用的是連續(xù)棧，而這之前使用的分段棧。

分段棧(Segmented Stacks)

分段棧(segmented stacks)是Go語(yǔ)言最初用來(lái)處理?xiàng)５姆桨浮?br />當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)goroutine時(shí)，Go運(yùn)行時(shí)會(huì)分配一段8K字節(jié)的內(nèi)存用于棧供goroutine運(yùn)行使 用。

每個(gè)go函數(shù)在函數(shù)入口處都會(huì)有一小段代碼，這段代碼會(huì)檢查是否用光了已分配的棧空間，如果用光了，這段代碼會(huì)調(diào)用morestack函數(shù)。

morestack函數(shù)

morestack函數(shù)會(huì)分配一段新內(nèi)存用作棧空間，接下來(lái)它會(huì)將有關(guān)棧的各種數(shù)據(jù)信息寫(xiě)入棧底的一個(gè)struct中(下圖中Stack info)，包括上一段棧的地址。然后重啟goroutine，從導(dǎo)致棧空間用光的那個(gè)函數(shù)（下圖中的Foobar）開(kāi)始執(zhí)行。這就是所謂的“棧分裂 (stack split)”。

+---------------+| || unused || stack || space | +---------------+ | Foobar | | | +---------------+ | | | lessstack | +---------------+ | Stack info | | |-----+ +---------------+ | | | +---------------+ | | Foobar | | | | <---+ +---------------+ | rest of stack | | |

lessstack函數(shù)

在新棧的底部，插入了一個(gè)棧入口函數(shù)lessstack。設(shè)置這個(gè)函數(shù)用于從那個(gè)導(dǎo)致我們用光棧空間的函數(shù)(Foobar)返回時(shí)用的。當(dāng)那個(gè)函數(shù)(Foobar)返回時(shí)，我們回到lessstack（這個(gè)棧幀），lessstack會(huì)查找 stack底部的那個(gè)struct，并調(diào)整棧指針(stack pointer)，使得我們返回到前一段棧空間。這樣做之后，我們就可以將這個(gè)新棧段(stack segment)釋放掉，并繼續(xù)執(zhí)行我們的程序了。

分段棧的問(wèn)題

棧縮小是一個(gè)相對(duì)代價(jià)高昂的操作。如果在一個(gè)循環(huán)中調(diào)用的函數(shù)遇到棧分裂 (stack split)，進(jìn)入函數(shù)時(shí)會(huì)增加棧空間(morestack 函數(shù))，返回并釋放棧段(lessstack 函數(shù))。性能方面開(kāi)銷(xiāo)很大。

連續(xù)棧（continuous stacks）

go現(xiàn)在使用的是這套解決方案。
goroutine在棧上運(yùn)行著，當(dāng)用光棧空間，它遇到與舊方案中相同的棧溢出檢查。但是與舊方案采用的保留一個(gè)返 回前一段棧的link不同，新方案創(chuàng)建一個(gè)兩倍于原stack大小的新stack，并將舊棧拷貝到其中。
這意味著當(dāng)棧實(shí)際使用的空間縮小為原先的 大小時(shí)，go運(yùn)行時(shí)不用做任何事情。
棧縮小是一個(gè)無(wú)任何代價(jià)的操作（棧的收縮是垃圾回收的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的．當(dāng)檢測(cè)到棧只使用了不到1/4時(shí)，棧縮小為原來(lái)的1/2）。
此外，當(dāng)棧再次增長(zhǎng)時(shí)，運(yùn)行時(shí)也無(wú)需做任何事情，我們只需要重用之前分配的空閑空間即可。

如何捕獲到函數(shù)的棧空間不足

Go語(yǔ)言和C不同，不是使用棧指針寄存器和棧基址寄存器確定函數(shù)的棧的。

在Go的運(yùn)行時(shí)庫(kù)中，每個(gè)goroutine對(duì)應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)體G，大致相當(dāng)于進(jìn)程控制塊的概念。這個(gè)結(jié)構(gòu)體中存了stackbase和stackguard，用于確定這個(gè)goroutine使用的棧空間信息。每個(gè)Go函數(shù)調(diào)用的前幾條指令，先比較棧指針寄存器跟g->stackguard，檢測(cè)是否發(fā)生棧溢出。如果棧指針寄存器值超越了stackguard就需要擴(kuò)展棧空間。

舊棧數(shù)據(jù)復(fù)制到新棧

舊棧數(shù)據(jù)復(fù)制到新棧的過(guò)程，要考慮指針失效問(wèn)題。
Go實(shí)現(xiàn)了精確的垃圾回收，運(yùn)行時(shí)知道每一塊內(nèi)存對(duì)應(yīng)的對(duì)象的類(lèi)型信息。在復(fù)制之后，會(huì)進(jìn)行指針的調(diào)整。具體做法是，對(duì)當(dāng)前棧幀之前的每一個(gè)棧幀，對(duì)其中的每一個(gè)指針，檢測(cè)指針指向的地址，如果指向地址是落在舊棧范圍內(nèi)的，則將它加上一個(gè)偏移使它指向新棧的相應(yīng)地址。這個(gè)偏移值等于新棧基地址減舊棧基地址。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解golang 的栈的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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