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

18,963 条评论

  1. Этот обзор содержит информацию о передовых достижениях в области медицины. Мы разберем инновационные технологии, которые меняют подход к лечению и диагностике, а также их влияние на эффективность оказания медицинской помощи.
    Посмотреть подробности – вызвать нарколога на дом круглосуточно

  2. В этой статье рассматриваются различные аспекты избавления от зависимости, включая физические и психологические методы. Мы обсудим поддержку, мотивацию и стратегии, которые помогут в процессе выздоровления. Читатели узнают, как преодолеть трудности и двигаться к новой жизни без зависимости.
    Проследить причинно-следственные связи – выход из запоя в стационаре

  3. В этой статье рассматривается комплексный подход к избавлению от зависимости. Читатель узнает, как сочетание физического, психологического и духовного восстановления помогает достичь стойкого выздоровления.
    Подробнее можно узнать тут – нарколог лечение на дому

  4. Эта публикация посвящена актуальным вопросам современной медицины и здравоохранения. Мы обсудим новейшие технологии диагностики и лечения, а также их влияние на продолжительность и качество жизни. Читатель найдет здесь информацию о научных исследованиях и перспективных разработках, доступно изложенную для широкой аудитории.
    Детали по клику – вывод из запоя с выездом на дом цена

  5. Для срочного обращения подходит точная формулировка услуги: сегодня легко вызвать нарколога на дом в балашиху круглосуточно, просто позвонив по единому телефону нашего специализированного центра в любое время суток, любой день (даже в выходные и праздники).
    Детальнее – narkolog-na-dom-moskovskij

  6. May I simply say what a relief to discover someone who genuinely understands what they’re discussing on the internet. You actually understand how to bring an issue to light and make it important. A lot more people must read this and understand this side of your story. I was surprised that you are not more popular since you certainly possess the gift.

  9. Hey there, You have performed a fantastic job. I will definitely digg it and for my part suggest to my friends. I’m sure they’ll be benefited from this site.

  10. Эта публикация раскрывает психологические механизмы зависимости и их роль в развитии расстройств. Читатель узнает о том, как психология влияет на формирование зависимостей и как профессиональная помощь может изменить ситуацию.
    Ознакомиться с полной информацией – вывод из запоя врач на дом

  11. В этой статье рассматриваются различные аспекты избавления от зависимости, включая физические и психологические методы. Мы обсудим поддержку, мотивацию и стратегии, которые помогут в процессе выздоровления. Читатели узнают, как преодолеть трудности и двигаться к новой жизни без зависимости.
    Лучшее решение — прямо здесь – вывести из запоя на дому

  12. 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.
    Изучите внимательнее – психиатр нарколог на дом в москве

  15. В этой публикации мы исследуем ключевые аспекты здоровья, включая влияние образа жизни на благополучие. Читатели узнают о важности правильного питания, физической активности и психического здоровья. Мы предоставим практические советы и рекомендации для поддержания здоровья и развития профилактических подходов.
    Жми сюда — получишь ответ – выведение из запоя цена

  16. Нужна бесплатная юридическая консультация? Переходите по запросу бесплатная консультация адвоката по горячей линии в Тюмени 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.

  19. Эта публикация обращает внимание на важность профилактики зависимостей. Мы обсудим, как осведомленность и образование могут помочь в предотвращении возникновения зависимости. Читатели смогут ознакомиться с полезными советами и ресурсами, которые способствуют здоровому образу жизни.
    Рассмотреть проблему всесторонне – номер телефона нарколога на дом

  22. В этом обзоре представлены различные методы избавления от зависимости, включая терапевтические и психологические подходы. Мы сравниваем их эффективность и предоставляем рекомендации для тех, кто хочет вернуться к трезвой жизни. Читатели смогут найти информацию о реабилитационных центрах и поддерживающих группах.
    Связаться за уточнением – вывод из запоя в стационаре в санкт-петербурге

  25. В этом обзоре представлены различные методы избавления от зависимости, включая терапевтические и психологические подходы. Мы сравниваем их эффективность и предоставляем рекомендации для тех, кто хочет вернуться к трезвой жизни. Читатели смогут найти информацию о реабилитационных центрах и поддерживающих группах.
    Нажми и узнай всё – “”вывод из запоя на халтурина – лечение алкоголизма, лечение наркомании

  26. Текст посвящён распространённым мифам о зависимости и их развенчанию. Мы предоставим научно обоснованную информацию и дадим рекомендации по выбору эффективного способа борьбы с зависимым поведением.
    Познакомиться с результатами исследований – выведение из запоя цена

  27. Aw, this was a really nice post. Finding the time and actual effort to create a good article… but what can I say… I put things off a lot and don’t seem to get anything done.

  29. В данной публикации мы поговорим о процессе восстановления от зависимости, о том, как вернуть себе нормальную жизнь. Мы обсудим преодоление трудностей, значимость поддержки и наличие программ реабилитации. Читатели смогут узнать о ключевых шагах к успешному восстановлению.
    Эксклюзивная информация – нарколог на дом наркология

  32. 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.
    Узнать напрямую – выведение из запоя в наркологическом стационаре

  34. Hello there, You’ve done an excellent job. I will definitely digg it and for my part recommend to my friends. I am confident they will be benefited from this web site.

  35. Currently it looks like BlogEngine is the best blogging platform available right now. (from what I’ve read) Is that what you’re using on your blog?

  36. 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.
    Прочесть всё о… – наркологическая клиника в москве

  38. Этот информационный материал подробно освещает проблему наркозависимости, ее причины и последствия. Мы предлагаем информацию о методах лечения, профилактики и поддерживающих программах. Цель статьи — повысить осведомленность и продвигать идеи о необходимости борьбы с зависимостями.
    Получить дополнительные сведения – клиника плюс москва

  40. В этом обзоре мы обсудим современные методы борьбы с зависимостями, включая медикаментозную терапию и психотерапию. Мы представим последние исследования и их результаты, чтобы читатели могли быть в курсе наиболее эффективных подходов к лечению и поддержке.
    Выяснить больше – нарколог на дом в Москве

  41. Currently it sounds like Movable Type is the preferred blogging platform available right now. (from what I’ve read) Is that what you’re using on your blog?

  42. В этой статье обсуждаются актуальные медицинские вопросы, которые волнуют общество. Мы обращаем внимание на проблемы, касающиеся здравоохранения и лечения, а также на новшества в области медицины. Читатели будут осведомлены о последних событиях и смогут следить за тенденциями в медицине.
    Дополнительно читайте здесь – снятие ломки в Москве

  45. Currently it appears like Movable Type is the best blogging platform available right now. (from what I’ve read) Is that what you’re using on your blog?

  46. Hello there, You’ve performed an incredible job. I will definitely digg it and in my opinion suggest to my friends. I’m sure they will be benefited from this web site.

  47. В этой статье обсуждаются актуальные медицинские вопросы, которые волнуют общество. Мы обращаем внимание на проблемы, касающиеся здравоохранения и лечения, а также на новшества в области медицины. Читатели будут осведомлены о последних событиях и смогут следить за тенденциями в медицине.
    Жми сюда — получишь ответ – наркология вывод из запоя в стационаре

  48. Статья посвящена анализу текущих трендов в медицине и их влиянию на жизнь людей. Мы рассмотрим новые технологии, методы лечения и значение профилактики в обеспечении долголетия и здоровья.
    Углубить понимание вопроса – телефон нарколога на дом

  49. Aw, this was an exceptionally good post. Taking the time and actual effort to create a superb article… but what can I say… I procrastinate a whole lot and don’t manage to get nearly anything done.

  50. Right now it looks like BlogEngine is the best blogging platform out there right now. (from what I’ve read) Is that what you’re using on your blog?

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注