Nothing Is Secret

从_chkstk说起，谈谈用户栈的管理

上周在XP系统上测试一个驱动的时候，发现驱动加载不上，“net start”命令只是给出一个无意义的错误代码，驱动的DriverEntry()入口程序还没有得到机会运行。

初步怀疑是引入函数的问题，用WDK工具Depends.exe查看了一下驱动文件，果然是由于_chkstk函数无法解析所导致。

_chkstk是个微软C编译器的辅助库函数，MSDN上对其介绍十分简略：

_chkstk Routine is a helper routine for the C compiler. For x86 compilers, _chkstk Routine is called when the local variables exceed 4096 bytes; for x64 compilers it is 8K.

当编译器察觉到局部变量太大超过限值时（X86系统限值是4K，X64t系统上是8K）, 编译器会自动插入_chkstk这个函数以保证栈空间所使用页面在内存中。

问题是发现了，但要查出来究竟在哪个函数中还是要费些心思的。从用户层移植过来不少代码，基本锁定问题出在其中，但如果一个函数一个函数寻找实在是个不讨巧的笨办法，也不符合程序人的一贯风格，便用IDA反编译驱动sys文件，于汇编代码中搜索_chkstk字串，直接锁定出了问题函数。此函数所使用的一个结构体中定义了超大数组，对栈的超常使用在内核中是相当危险的。

解决办法很简单，直接将此结构的定义放在一个从内存分配的结构中即可。问题虽已解决，但对于DDK中有关_chkstk的描述，及其相关的疑问一直让我觉得困扰，比如，为什么X86上是4K，而AMD64架构上可以是8K。

这两天终于有了时间，可以彻底地了结这个疑问了。

要想解决这个问题，还要先从用户栈的分配开始。以ReactOS代码为例，当线程创建时，CreateThread()会调用BasepCreateStack()来创建用户栈，具体可以参见ReactOS源码：
~/ReactOS/lib/kernel32/misc/utils.c。

BasepCreateStack()函数主要做三件事：

  1. 1，分配栈空间所需的虚拟内存，大小为Stack Reserve Size
  2. 2，根据Stack Commit Size锁定内存页面，如果Stack Commit Size小于Stack Reserve Size的话，需要增加一个Page，这个额外申请的Page用作Guard Page之用。
  3. 3，将栈底部的Page设定为Guard Page。

当用户栈被用尽时，会访问到栈底部的Guard Page。而对Guard Page的任何访问都会导致Page Fault的发生。Page Fault处理函数MmAccessFault()可以分析出此次Page Fault是由Guard Page导致，便会默认由用户栈处理程序MiCheckForUserStackOverflow()来处理。如果用户栈并没有溢出的话，即Stack Commit Size小于Stack Reserve Size的情况，MiCheckForUserStackOverflow()会自动向下扩展栈空间，扩展大小为GUARD_PAGE_SIZE。 GUARD_PAGE_SIZE针对不同的CPU架构有不同的定义：
X64:  #define GUARD_PAGE_SIZE   (PAGE_SIZE * 2)
X86:  #define GUARD_PAGE_SIZE   PAGE_SIZE

这里便解释了为什么X86系统上的限制是4K(即PAGE_SIZE)，而X64上却为8K的原因。

说到此处，该是解答_chkstk()倒底是干什么的时候了。Visual Studio中有_chkstk的源码，以x86为例：

输入参数eax是所需堆栈大小（字节）
labelP  _chkstk,       PUBLIC

        push    ecx                          ; save ecx
        cmp     eax,_PAGESIZE_     ; more than one page requested?
        lea     ecx,[esp] + 8           ;   compute new stack pointer in ecx
                                                   ;   correct for return address and
                                                   ;   saved ecx
        jb      short lastpage           ; no

;------------

probepages:
        sub     ecx,_PAGESIZE_          ; yes, move down a page
        sub     eax,_PAGESIZE_          ; adjust request and...

        test    dword ptr [ecx],eax     ; ...probe it  (如果是guard page，刚会导致page fault，最终用户栈
                                                        ;  将向下扩展一个页面)

        cmp     eax,_PAGESIZE_          ; more than one page requested?
        jae     short probepages          ; no

lastpage:
        sub     ecx,eax                  ; move stack down by eax
        mov     eax,esp                 ; save current tos and do a...

        test    dword ptr [ecx],eax     ; ...probe in case a page was crossed
                                                        ;  调用函数将要访问的堆栈底部 ，如果此页面为guard page，同
                                                        ;  样会导致用户栈的向下延伸

        mov     esp,ecx                        ; set the new stack pointer
                                                        ; 向下更改栈指针，其上直到原ESP的栈空间为调用函数局部变量

        mov     ecx,dword ptr [eax]     ; recover ecx
        mov     eax,dword ptr [eax + 4] ; recover return address
                                                            ; 将返回地址(调用函数中)放入eax

        push    eax                     ; prepare return address
                                              ; 将返回地址(调用函数中)放入当前栈中，准备返回

                                              ; ...probe in case a page was crossed
        ret

        end

_chkstk()的主要作用是保证栈向下连续的生长。如果没有_chkstk()，当局部变量太多并超过guard page下沿时，若再有压栈操作，将会导致Access violation错误。因为此时堆栈内存页面无效，压栈直接将导致page fault的发生，而page fault处理程序因不能识别此fault的发生原因从而不能做出正确判断和有效处理。

相对用户层，内核程序的处理则相当简单，就如Win7内核中_chkstk实际上就是个空函数。其原因就是内核线程的栈空间是固定的。其取值针对X86及X64架构亦有所不同：
X64： #define KERNEL_STACK_SIZE 0x6000   /* 6个内存页面 */
X86： #define KERNEL_STACK_SIZE 12288    /* 3个内存页面 */

内核中栈资源非常紧缺，并驱动程序的编写有较高的要求，特别是有递归的情况下，一定要注意嵌套的层数，否则很容易收到M$发来的蓝屏。

Windows内核中其实还有一种大堆栈机制，以确保一些对堆栈较高消耗的特殊情况能够得到满足，但这部分完全是黑箱，对用户不可见，不是常见情况，此处不再多述。

参考资料：
1, http://support.microsoft.com/kb/100775/en
2, http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms648426(v=vs.85).aspx
3, http://www.reactos.org  ReactOS源码

16,056 条评论

  2. После употребления алкоголя состояние может быстро ухудшиться: появляется головная боль, тошнота, головокружение и слабость. Это следствие того, что в организме накапливаются токсины, продукты распада этанола и нарушается водно-электролитный баланс. С помощью капельницы от похмелья можно быстро справиться с интоксикацией, восполнить недостающие элементы и облегчить состояние пациента. В клинике «Частный медик 24» в Самаре мы предлагаем капельницы, которые помогают снять все неприятные симптомы похмелья, восстанавливая работу организма и минимизируя риски для здоровья.
    Получить дополнительные сведения – http://kapelnicza-ot-pokhmelya-samara.ru

  6. Капельница от похмелья применяется, когда симптомы интоксикации становятся выраженными и мешают нормальной жизнедеятельности пациента. Основные показания для использования капельницы включают:
    Исследовать вопрос подробнее – капельница от похмелья на дом в самаре

  7. Авто портал https://autoguide.kyiv.ua свежие новости, обзоры и тест-драйвы. Рейтинги автомобилей, советы по выбору и актуальные предложения. Все о мире авто в одном месте.

  11. Авто журнал https://psncodegeneratormiu.org новости, обзоры и тест-драйвы автомобилей. Узнавайте о новых моделях, технологиях и рынке. Полезные советы, рейтинги и аналитика для автолюбителей.

  15. При первой консультации нарколог осматривает пациента, чтобы оценить его состояние и подобрать оптимальную схему лечения. В зависимости от тяжести похмелья, врач может назначить инфузию с регидратационными растворами, витаминами группы B и другими препаратами, которые способствуют восстановлению. Важно, что капельница не только помогает снять симптомы, но и устраняет причины токсического воздействия алкоголя на организм, предотвращая развитие осложнений.
    Изучить вопрос глубже – капельница от похмелья в самаре

  17. Ребята, это лучший гайд по накрутке ПФ, который я видел. Всё по полочкам: 5 шагов для старта, как проверить сайт, как собрать ключи, как выбрать сервис, как запустить тест на 500–1000 кликов. И главное — есть раздел «Что делать, если ничего не работает» с пошаговым планом. Сохранил в закладки: https://teletype.in/@pfup/3mo6UGVvR2a

  18. После употребления алкоголя состояние может быстро ухудшиться: появляется головная боль, тошнота, головокружение и слабость. Это следствие того, что в организме накапливаются токсины, продукты распада этанола и нарушается водно-электролитный баланс. С помощью капельницы от похмелья можно быстро справиться с интоксикацией, восполнить недостающие элементы и облегчить состояние пациента. В клинике «Частный медик 24» в Самаре мы предлагаем капельницы, которые помогают снять все неприятные симптомы похмелья, восстанавливая работу организма и минимизируя риски для здоровья.
    Ознакомиться с деталями – капельница от похмелья на дому в самаре

  19. Авто журнал https://nmiu.org.ua свежие автомобильные новости, тесты и обзоры. Рейтинги, сравнения и рекомендации по выбору авто. Все о мире автомобилей в одном месте.

  23. Авто портал https://retell.info обзоры автомобилей, тест-драйвы и новости рынка. Сравнения моделей, рейтинги и советы по выбору авто для любых задач.

  24. Юрист по заключению брака поможет оформить отношения быстро и без ошибок. Переходите по запросу юрист по вопросам заключения брака. Проконсультируем по всем вопросам регистрации, подготовим документы, сопроводим при заключении брака, включая случаи с иностранными гражданами. Обеспечим соблюдение всех требований законодательства и защиту ваших интересов. Экономьте время и избегайте рисков — доверьте оформление профессионалам.

  27. Капельница от похмелья — это один из наиболее эффективных методов экстренной медицинской помощи, который позволяет быстро снять симптомы алкогольной интоксикации и восстановить организм после злоупотребления алкоголем. В наркологической клинике «Частный медик 24» в Самаре мы предоставляем услугу выезда нарколога на дом и капельной терапии для пациентов, испытывающих тяжёлые симптомы похмелья. Это удобный способ получить необходимую помощь без лишнего стресса, сохраняя анонимность и комфорт пациента.
    Ознакомиться с деталями – kapelnicza-ot-pokhmelya-samara-1.ru/

  29. Авто журнал https://bestauto.kyiv.ua тест-драйвы, обзоры и новости автоиндустрии. Узнавайте о новинках, технологиях и трендах рынка. Удобный формат для чтения каждый день.

  30. Нарколог на дом в Воронеже с быстрым выездом, индивидуальным подбором терапии и наблюдением в наркологической клинике «Частный медик 24»
    Подробнее можно узнать тут – нарколог на дом в воронеже

  36. Авто журнал https://bestauto.kyiv.ua тест-драйвы, обзоры и новости автоиндустрии. Узнавайте о новинках, технологиях и трендах рынка. Удобный формат для чтения каждый день.

  40. Капельница от похмелья — это экстренная мера, которая помогает снять интоксикацию и восстановить водно-электролитный баланс в организме после злоупотребления алкоголем. В наркологической клинике «Частный медик 24» в Самаре мы предлагаем эффективное лечение для тех, кто столкнулся с последствиями запоя или перегрузки организма после употребления алкоголя. Капельницы для снятия похмелья — это быстрый и безопасный способ вернуть пациента в норму, избавить от болезненных симптомов, таких как головная боль, тошнота, слабость, сухость во рту, а также стабилизировать его общее состояние. Выезд нарколога на дом и проведение капельниц позволяет избежать поездки в клинику и начать лечение в удобной обстановке.
    Детальнее – https://kapelnicza-ot-pokhmelya-samara.ru/

  43. В таких ситуациях врач оценивает риски, определяет тактику лечения и при необходимости рекомендует дальнейшую госпитализацию. Однако во многих случаях помощь на дому оказывается достаточной для стабилизации состояния.
    Подробнее тут – запой нарколог на дом в нижнем новгороде

  46. Авто журнал онлайн https://translit.com.ua все о машинах: новости, тесты, обзоры и аналитика. Следите за новинками и выбирайте авто с удобным сервисом.

  49. Юрист по заключению брака поможет оформить отношения быстро и без ошибок. Переходите по запросу юридические услуги по оформлению брака. Проконсультируем по всем вопросам регистрации, подготовим документы, сопроводим при заключении брака, включая случаи с иностранными гражданами. Обеспечим соблюдение всех требований законодательства и защиту ваших интересов. Экономьте время и избегайте рисков — доверьте оформление профессионалам.

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注