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

15,330 条评论

  1. Такой подход позволяет врачу контролировать каждый шаг процесса, фиксировать динамику и при необходимости корректировать терапию. Постоянное наблюдение и своевременная поддержка делают лечение эффективным и безопасным для пациента.
    Получить дополнительные сведения – http://narkologicheskaya-klinika-tolyatti0.ru/narkologicheskaya-bolnicza-tolyatti/

  5. При выводе из запоя на дому с быстрым облегчением используются различные медикаменты, направленные на быстрое восстановление водно-солевого баланса, улучшение функции печени и почек, а также снижение симптомов алкогольного абстинентного синдрома. Важно, что состав препаратов подбирается в зависимости от состояния пациента, и все препараты вводятся под контролем квалифицированного медицинского специалиста.
    Изучить вопрос глубже – вывод из запоя на дому екатеринбург

  6. Этапный подход позволяет достичь полного восстановления организма и избежать осложнений, связанных с резким прекращением употребления алкоголя. Каждый шаг фиксируется врачами, а коррекция терапии проводится по показаниям.
    Исследовать вопрос подробнее – вывод из запоя дешево

  8. Вывод из запоя на дому в Екатеринбурге: срочное восстановление, детоксикация и медицинская помощь в наркологической клинике «Детокс»
    Детальнее – вывод из запоя на дому

  12. Такие состояния требуют медицинского вмешательства, поскольку могут ухудшаться без лечения. Капельница позволяет стабилизировать состояние и снизить нагрузку на организм. Услуги могут предоставляться анонимно, а при тяжёлых случаях рассматривается лечение в стационаре.
    Ознакомиться с деталями – http://www.domen.ru

  13. Каждая методика применяется строго по показаниям и под контролем медицинского персонала. Комбинация этих подходов позволяет пациенту не только восстановиться физически, но и психологически, что повышает эффективность лечения в целом.
    Получить дополнительную информацию – вывод из запоя цена хабаровск

  20. Вывод из запоя на дому — это формат медицинской помощи, при котором лечение проводится в привычной для пациента обстановке с использованием инфузионной терапии и врачебного контроля. Такой подход позволяет начать детоксикацию без задержек и снизить нагрузку на организм, связанную с транспортировкой. В наркологической клинике «Частный медик 24» выезд специалиста организуется круглосуточно, а терапия подбирается с учётом текущего состояния пациента.
    Подробнее можно узнать тут – вывод из запоя на дому цена санкт-петербург

  21. Такой алгоритм помогает врачу быстро устранить симптомы и восстановить пациента без стресса. Процедура занимает от 40 до 90 минут, в зависимости от состояния и применяемых препаратов.
    Детальнее – врач нарколог на дом тольятти

  22. В этом исследовании рассмотрены методы лечения зависимостей и их эффективность. Мы проанализируем различные подходы, используемые в реабилитационных центрах, и представим данные о результативности программ. Читатели получат надежные и научно обоснованные сведения о данной проблеме.
    Получить больше информации – лечение алкоголизма в нижнем новгороде клиники

  28. В Нижнем Новгороде выезд нарколога на дом используется при состояниях, требующих оперативной медицинской оценки и начала терапии. Врач приезжает с необходимыми препаратами, проводит осмотр и формирует план лечения на месте. Такой формат позволяет сократить время до начала помощи и снизить нагрузку на пациента.
    Выяснить больше – http://narkologicheskaya-pomoshh-nizhnij-novgorod-8.ru

  35. Алкогольная интоксикация оказывает серьёзное влияние на организм, вызывая головную боль, тошноту, слабость и головокружение. Капельница помогает организму быстро избавиться от продуктов распада алкоголя, восстановить нормальное функционирование органов и минимизировать последствия для здоровья. Важно, что мы обеспечиваем полное наблюдение врача на протяжении всей процедуры, что помогает гарантировать безопасность пациента и максимальную эффективность лечения.
    Исследовать вопрос подробнее – http://kapelnicza-ot-pokhmelya-ekaterinburg-8.ru

  38. Купите шаблон «Аспро: Шины и диски 2.0» для создания современного интернет-магазина шин, дисков и автотоваров на 1С-Битрикс. Переходите по запросу цена Aspro шины. Готовое решение включает адаптивный дизайн, удобный каталог, фильтры по параметрам, интеграцию с CRM и высокую скорость работы. Подходит для запуска нового проекта или обновления действующего магазина с минимальными затратами времени и ресурсов.

  42. Чаще всего нарколога на дом вызывают при повторяющемся или длительном запое, тяжелом похмелье, бессоннице после алкоголя, треморе, выраженной слабости и ухудшении общего самочувствия. Поводом для обращения также становятся тревога, раздражительность, скачки артериального давления, учащенный пульс, обезвоживание и необходимость поставить капельницу дома под наблюдением специалиста. Во многих случаях звонок в наркологический центр поступает тогда, когда родственники понимают, что состояние больного уже не позволяет ждать следующего дня.
    Углубиться в тему – нарколог на дом анонимно в екатеринбурге

  48. Отличная статья для тех, кто хочет понять, почему SEO — это не просто набор технических действий, а реальная стратегия роста в конкурентной среде. Автор разбирает ключевые элементы: анализ ключевых слов, оптимизацию контента, техническую базу и внешние факторы. Отдельно радует блок про локальное SEO для регионального бизнеса. Рекомендую: https://bioice-krasnoyarsk.ru/stati/seo-kak-fundament-biznesa-strategii-rosta-v-uslovijah-zhjostkoj-konkurencii/

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注