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

18,991 条评论

  1. В этой статье рассматриваются актуальные вопросы, связанные с развитием медицинской науки и её внедрением в повседневную практику. Особое внимание уделено вопросам профилактики, ранней диагностики и использованию технологий для улучшения здоровья человека.
    Раскрыть тему полностью – вывод из запоя срочно в Москве

  2. This post creates a very engaging discussion because the ideas are presented in a simple and fair way, making the content interesting to read while also encouraging readers to share their own perspectives and interpretations thoughtfully.

    https://share.google/hOBYCgcnVj6QUkyYY

  3. I am very happy to have stumbled upon this specific article. It is not always easy to find a fully unbiased and universally useful overview, but you have managed to hit all the right notes with your logical formatting and incredibly easy-to-follow explanations right here.

    https://share.google/bmsDzBVMdYRe1DA55

  4. В данной статье рассматриваются физиологические и эмоциональные аспекты зависимости. Мы обсудим, как организм реагирует на зависимое поведение, и какие методы помогают восстановить здоровье и внутреннее равновесие.
    Заходи — там интересно – снятие ломки в Москве

  5. В этой статье мы рассматриваем разрушительное влияние зависимости на жизнь человека. Обсуждаются аспекты, такие как здоровье, отношения и профессиональные достижения. Читатели узнают о необходимости обращения за помощью и о путях к восстановлению.
    Что ещё нужно знать? – наркодиспансер воронеж

  6. Медицинская публикация представляет собой свод актуальных исследований, экспертных мнений и новейших достижений в сфере здравоохранения. Здесь вы найдете информацию о новых методах лечения, прорывных технологиях и их практическом применении. Мы стремимся сделать актуальные медицинские исследования доступными и понятными для широкой аудитории.
    Прочитать подробнее – капельница от запоя на дому наркология

  7. Купите кофемашины https://incoffeein.by кофе и чай в Минске с гарантией качества и удобной доставкой. Большой ассортимент моделей для дома и офиса, свежий кофе разных сортов, ароматный чай, расходные материалы и профессиональная помощь в выборе.

  8. В этой статье мы рассматриваем разрушительное влияние зависимости на жизнь человека. Обсуждаются аспекты, такие как здоровье, отношения и профессиональные достижения. Читатели узнают о необходимости обращения за помощью и о путях к восстановлению.
    Давай разберёмся досконально – прокапаться от алкоголя в воронеже

  9. Нужен надежный склад https://www.0522.ua/list/455624 для вашего бизнеса? Предлагаем ответственное хранение товаров, паллет, оборудования и грузов. Современные складские комплексы, круглосуточная охрана, учет остатков и оперативная обработка заказов. Оптимизируйте логистику и сократите расходы вместе с нами!

  10. В данной статье мы поговорим о будущем медицины, акцентируя внимание на прорывных разработках и их потенциале. Читатель узнает о новых подходах к лечению, роли искусственного интеллекта и возможностях персонализированной медицины.
    Что скрывают от вас? – клиника плюс кострома

  11. Разработка интернет-магазина под ключ — эффективный способ вывести продажи в онлайн и расширить клиентскую базу. Переходите по запросу заказать интернет магазин под ключ в Москве. Создаем современные, быстрые и удобные магазины с каталогом товаров, онлайн-оплатой, интеграцией с CRM и службами доставки. Адаптивный дизайн, SEO-оптимизация и готовность к продвижению помогут вашему бизнесу привлекать больше покупателей и увеличивать прибыль. Индивидуальные решения для любых ниш и масштабов бизнеса.

  12. Wow that was unusual. I just wrote an very long comment but after I clicked submit my comment didn’t show up. Grrrr… well I’m not writing all that over again. Regardless, just wanted to say fantastic blog!

  13. Нужен надежный склад https://www.06274.com.ua/list/545237 для вашего бизнеса? Предлагаем ответственное хранение товаров, паллет, оборудования и грузов. Современные складские комплексы, круглосуточная охрана, учет остатков и оперативная обработка заказов. Оптимизируйте логистику и сократите расходы вместе с нами!

  14. Нужен надежный склад https://www.0412.ua/list/455610 для вашего бизнеса? Предлагаем ответственное хранение товаров, паллет, оборудования и грузов. Современные складские комплексы, круглосуточная охрана, учет остатков и оперативная обработка заказов. Оптимизируйте логистику и сократите расходы вместе с нами!

  15. Этот краткий обзор предлагает сжатую информацию из области медицины, включая ключевые факты и последние новости. Мы стремимся сделать информацию доступной и понятной для широкой аудитории, что позволит читателям оставаться в курсе актуальных событий в здравоохранении.
    Лучшее решение — прямо здесь – вызов нарколога на дом москва круглосуточно

  16. Wow that was unusual. I just wrote an extremely long comment but after I clicked submit my comment didn’t show up. Grrrr… well I’m not writing all that over again. Anyways, just wanted to say fantastic blog!

  17. В этой статье рассматриваются способы преодоления зависимости и успешные истории людей, которые справились с этой проблемой. Мы обсудим важность поддержки со стороны близких и профессионалов, а также стратегии, которые могут помочь в процессе выздоровления. Научитесь первоочередным шагам к новой жизни.
    Познакомиться с результатами исследований – психиатр нарколог на дом

  18. Мы рассмотрим современные вызовы здравоохранения и пути их решения с помощью технологий и научных исследований. В статье собраны данные о новых лекарствах, методах диагностики и системном подходе к улучшению здоровья населения.
    Посмотреть всё – clinica plus

  19. Разработка интернет-магазина под ключ — эффективный способ вывести продажи в онлайн и расширить клиентскую базу. Переходите по запросу разработка сайта интернет магазина. Создаем современные, быстрые и удобные магазины с каталогом товаров, онлайн-оплатой, интеграцией с CRM и службами доставки. Адаптивный дизайн, SEO-оптимизация и готовность к продвижению помогут вашему бизнесу привлекать больше покупателей и увеличивать прибыль. Индивидуальные решения для любых ниш и масштабов бизнеса.

  20. Can I simply just say what a relief to find somebody that truly understands what they are talking about on the web. You actually understand how to bring an issue to light and make it important. More and more people must read this and understand this side of the story. I was surprised you aren’t more popular since you most certainly have the gift.

  21. Автоматизация бизнеса https://dzen.ru/a/ajP1_p5mrQdWbMuZ 7 примеров с ИИ, где нейросети окупаются за месяц: поддержка клиентов, бронирование с оплатой в чате, компьютерное зрение на производстве. Реальные цифры и сроки окупаемости, без хайпа.

  22. В данном материале представлены ключевые тенденции в сфере медицинской науки и практики. Вы узнаете о последних открытиях, инновационных подходах к терапии и важности профилактики заболеваний. Особое внимание уделено практическому применению новых методов в клинической практике.
    Откройте для себя больше – клиника плюс кострома

  23. Эта статья освещает различные аспекты освобождения от зависимости и пути к выздоровлению. Мы обсуждаем важность осознания своей проблемы и обращения за помощью. Читатели получат практические советы о том, как преодолевать трудности и строить новую жизнь без зависимости.
    Детали по клику – клиника плюс луганск

  24. Эта медицинская заметка содержит сжатую информацию о новых находках и методах в области здравоохранения. Мы предлагаем читателям свежие данные о заболеваниях, профилактике и лечении. Наша цель — быстро и доступно донести важную информацию, которая поможет в повседневной жизни и понимании здоровья.
    Желаете узнать подробности? – наркология в воронеже

  25. Мы рассмотрим современные вызовы здравоохранения и пути их решения с помощью технологий и научных исследований. В статье собраны данные о новых лекарствах, методах диагностики и системном подходе к улучшению здоровья населения.
    Что ещё? Расскажи всё! – clinica plus в курске

  26. В данной статье мы поговорим о будущем медицины, акцентируя внимание на прорывных разработках и их потенциале. Читатель узнает о новых подходах к лечению, роли искусственного интеллекта и возможностях персонализированной медицины.
    Уточнить детали – лечение алкогольной зависимости воронеж

  27. Нужна бесплатная юридическая консультация? Переходите по запросу вопрос юристу консультанту в Ашукино и получите помощь опытных правозащитников в любой области права: семейные споры, долги и кредиты, недвижимость, трудовые конфликты, защита прав потребителей и многое другое. Задайте вопрос онлайн или по телефону и получите подробный разбор вашей ситуации и рекомендации адвоката по дальнейшим действиям. Консультация проводится бесплатно и конфиденциально.

  28. В этой статье рассматриваются способы преодоления зависимости и успешные истории людей, которые справились с этой проблемой. Мы обсудим важность поддержки со стороны близких и профессионалов, а также стратегии, которые могут помочь в процессе выздоровления. Научитесь первоочередным шагам к новой жизни.
    Ознакомиться с отчётом – психиатр нарколог воронеж

  29. В данном обзоре представлены основные направления и тренды в области медицины. Мы обсудим актуальные проблемы здравоохранения, свежие открытия и новые подходы, которые меняют представление о лечении и профилактике заболеваний. Эта информация будет полезна как специалистам, так и широкой публике.
    Рассмотреть проблему всесторонне – хороший нарколог на дом

  30. May I simply just say what a relief to uncover someone that genuinely knows what they’re talking about on the net. You actually realize how to bring an issue to light and make it important. More and more people must read this and understand this side of your story. I was surprised that you are not more popular given that you surely have the gift.

  31. Aw, this was a really good post. Taking a few minutes and actual effort to generate a top notch article… but what can I say… I put things off a lot and don’t manage to get nearly anything done.

  32. В этой статье мы рассматриваем разрушительное влияние зависимости на жизнь человека. Обсуждаются аспекты, такие как здоровье, отношения и профессиональные достижения. Читатели узнают о необходимости обращения за помощью и о путях к восстановлению.
    Выяснить больше – наркологическая помощь срочно

  33. В статье рассматриваются различные стратегии борьбы с зависимостями, включая проверенные методы и реальные истории успеха. Читатель узнает, какие подходы наиболее эффективны и как начать путь к выздоровлению.
    Запросить дополнительные данные – лечение алкоголизма анонимно в воронеже

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注