c - 分配一个新的调用堆栈

Question

(我认为这个问题很可能是重复的或者已经在这里得到了回答，但是由于“堆栈分配”和相关术语的干扰，很难找到答案。)

我有一个玩具编译器，一直在为脚本语言开发。为了能够在执行过程中暂停脚本的执行并返回到主机程序，它有自己的堆栈:一个简单的内存块，带有一个“堆栈指针”变量，该变量使用正常的 C 代码操作递增对于那种事情等等。到目前为止并不有趣。

目前我正在编译为 C。但我也有兴趣研究编译为机器代码 - 同时保留辅助堆栈以及在预定义控制点返回主机程序的能力。

所以......我认为在我自己的代码中使用传统的堆栈寄存器不太可能成为问题，我假设寄存器发生了什么是我自己的事，只要一切都在完成后恢复(做正确的如果我在这一点上错了)。 但是...如果我想让脚本代码调出一些其他库代码，让程序使用这个“虚拟堆栈”是否安全，或者是否有必要将它归还给用于此目的的原始堆栈？

类似 this one 的回答和 this one表明堆栈不是传统的内存块，而是依赖于特殊的、系统特定的行为来处理页面错误和诸如此类的事情。

所以:

• 将堆栈指针移动到其他内存区域是否安全？堆栈内存不是“特殊的”吗？我认为线程库必须做这样的事情，因为它们会创建更多堆栈...
• 假设使用堆栈寄存器和指令可以安全地操作任何内存区域，我想不出为什么调用具有已知调用深度(即没有递归，没有函数指针)的任何函数会是一个问题只要该数量在虚拟堆栈上可用。对吧？
• 无论如何，堆栈溢出显然是正常代码中的一个问题，但是在这样的系统中溢出会不会有任何额外的灾难性后果？

这显然不是必需的，因为简单地将指针返回到真正的堆栈就可以很好地服务，或者就此而言，一开始就不要滥用它们而只是忍受更少的寄存器，我可能不应该尝试完全去做(尤其是因为显然超出了我的理解范围)。但无论哪种方式，我仍然很好奇。想知道这些东西是如何工作的。

编辑:当然抱歉，应该说。我在 x86(我自己的机器上是 32 位)、Windows 和 Ubuntu 上工作。没有异国情调。

Answer 1

所有这些答案都基于“通用处理器架构”，并且由于它涉及生成汇编代码，因此它必须是“特定于目标的”——如果您决定在处理器 X 上执行此操作，它对堆栈的处理有些奇怪，下面显然不值得它写在 [替代纸] 上的屏幕表面。对于一般的 x86，除非另有说明，否则以下内容适用。

is it safe to move the stack pointers into some other area of memory?

Stack memory isn't "special"? I figure threading libraries must do something like this, as they create more stacks...

这样的内存并不特别。然而，这确实假设它不在 x86 体系结构上，其中堆栈段用于限制堆栈使用。虽然这是可能的，但在实现中很少见。我知道几年前诺基亚有一个特殊的操作系统，它使用 32 位模式的段。就我现在能想到的，这是我接触过的唯一一个使用 x86 分段模式描述的堆栈段的人。

Assuming any area of memory is safe to manipulate using the stack registers and instructions, I can think of no reason why it would be a problem to call any functions with a known call depth (i.e. no recursion, no function pointers) as long as that amount is available on the virtual stack. Right?

正确。只要您不希望在不切换回原始堆栈的情况下能够返回到其他功能。有限级别的递归也是可以接受的，只要堆栈足够深[有些类型的问题如果没有递归肯定很难解决——例如二叉树搜索]。

stack overflow is obviously a problem in normal code anyway, but would there be any extra-disastrous consequences to an overflow in such a system?

的确，如果你运气不好的话，这将是一个很难破解的错误。

我建议您使用对 VirtualProtect()(Windows)或 mprotect()(Linux 等)的调用来将“堆栈结束”标记为不可读和不可写，因此如果您的代码不小心离开堆栈，它会正确崩溃而不是其他一些更微妙的未定义行为[因为不能保证下面的内存(较低地址)不可用，因此您可以覆盖一些其他有用的东西如果它确实离开了堆栈，那将导致一些非常难以调试的错误]。

添加一些偶尔检查堆栈深度的代码(您知道堆栈的开始和结束位置，因此检查特定堆栈值是否“超出范围”应该不难[如果您给自己一些堆栈顶部和您保护的“我们已经死了”区域之间的“额外缓冲区空间”——如果是发生碰撞的汽车，他们会称之为“崩溃区”]。您也可以填满整个用可识别的图案堆叠，并检查其中有多少是“未触及的”。