内容简介:先回顾下linux的内存空间布局当启动一个C实现的thread时,C标准库会负责分配一块内存作为这个线程的栈。标准库分配这块内存,告诉内核它的位置并让内核处理这个线程 的执行。在linux系统中,可通过
线程栈(thread stacks)介绍
先回顾下 linux 的内存空间布局
简书_stack02.png
当启动一个C实现的thread时,C标准库会负责分配一块内存作为这个线程的栈。标准库分配这块内存,告诉内核它的位置并让内核处理这个线程 的执行。
在linux系统中,可通过 ulimit -s
查看系统栈大小(8M)。
ulimit -s 10240
可修改栈大小为10M。
简书_stack01.png
这里最大的一个问题是, 分配大数组 ,或者 循环递归函数 时,默认的栈空间不够用,会导致 Segmentation fault
错误。
//testMaxStack.cpp #include <stdio.h> int main() { printf("init ok\n"); char a[8192*1024]; // 8M空间 printf("run over\n"); } //执行结果 [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
解决方法有两个:
-
ulimit -s 10240
调整标准库给所有线程栈分配的内存块的大小 。但是全线提高栈大小意味着每个线程都会提高栈的内存使用量,这样一来,你将用光所有内存。 - 为每个线程单独确定栈大小 。这样一来你就不得不完成这样的任务:根据每个线程的需要,估算它们的栈内存的大小。这将是创建线程的难度超出我们的期望。
Go是如何应对这个问题的
Go使用的解决方案类似第二种方法。
goroutine 初始时只给栈分配很小的空间,然后随着使用过程中的需要自动地增长。这就是为什么 Go 可以开千千万万个goroutine而不会耗尽内存。
Go 1.4 开始使用的是 连续栈 ,而这之前使用的 分段栈 。
分段栈(Segmented Stacks)
分段栈(segmented stacks)是Go语言最初用来处理栈的方案。
当创建一个goroutine时,Go运行时会分配一段 8K
字节的内存用于栈供goroutine运行使 用。
每个go函数在函数入口处都会有一小段代码,这段代码会检查是否用光了已分配的栈空间,如果用光了,这段代码会调用 morestack
函数。
morestack函数
morestack函数会分配一段新内存用作栈空间,接下来它会将有关栈的各种数据信息写入栈底的一个struct中(下图中Stack info),包括 上一段栈的地址 。然后重启goroutine,从导致栈空间用光的那个函数(下图中的Foobar)开始执行。这就是所谓的“栈分裂 (stack split)”。
+---------------+ | | | unused | | stack | | space | +---------------+ | Foobar | | | +---------------+ | | | lessstack | +---------------+ | Stack info | | |-----+ +---------------+ | | | +---------------+ | | Foobar | | | | <---+ +---------------+ | rest of stack | | |
lessstack函数
在新栈的底部,插入了一个栈入口函数 lessstack
。设置这个函数用于从那个导致我们用光栈空间的函数(Foobar)返回时用的。当那个函数(Foobar)返回时,我们回到lessstack(这个栈帧),lessstack会查找 stack底部的那个struct,并调整栈指针(stack pointer),使得我们返回到前一段栈空间。这样做之后,我们就可以将这个新栈段(stack segment)释放掉,并继续执行我们的程序了。
分段栈的问题
栈缩小是一个相对代价高昂的操作。如果在一个循环中调用的函数遇到栈分裂 (stack split),进入函数时会增加栈空间(morestack 函数),返回并释放栈段(lessstack 函数)。性能方面开销很大。
连续栈(continuous stacks)
go现在使用的是这套解决方案。
goroutine在栈上运行着,当用光栈空间,它遇到与旧方案中相同的栈溢出检查。但是与旧方案采用的保留一个返 回前一段栈的link不同,新方案 创建一个两倍于原stack大小的新stack,并将旧栈拷贝到其中 。
这意味着当栈实际使用的空间缩小为原先的 大小时,go运行时不用做任何事情。
栈缩小是一个无任何代价的操作( 栈的收缩是垃圾回收的过程中实现的.当检测到栈只使用了不到1/4时,栈缩小为原来的1/2 )。
此外,当栈再次增长时,运行时也无需做任何事情,我们只需要重用之前分配的空闲空间即可。
如何捕获到函数的栈空间不足
Go语言和C不同,不是使用栈指针寄存器和栈基址寄存器确定函数的栈的。
在Go的运行时库中,每个goroutine对应一个结构体G,大致相当于进程控制块的概念。这个结构体中存了 stackbase
和 stackguard
,用于确定这个goroutine使用的栈空间信息。每个Go函数调用的前几条指令,先比较栈指针寄存器跟 g->stackguard
,检测是否发生栈溢出。如果栈指针寄存器值超越了 stackguard
就需要扩展栈空间。
旧栈数据复制到新栈
旧栈数据复制到新栈的过程,要考虑指针失效问题。
Go实现了精确的垃圾回收,运行时知道每一块内存对应的对象的类型信息。在复制之后,会进行指针的调整。具体做法是, 对当前栈帧之前的每一个栈帧,对其中的每一个指针,检测指针指向的地址,如果指向地址是落在旧栈范围内的,则将它加上一个偏移使它指向新栈的相应地址。这个偏移值等于新栈基地址减旧栈基地址 。
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