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

387 条评论

  1. Новостной портал https://infonews.com.ua с полным охватом событий: оперативная лента, большие тексты, интервью и аналитика. Политика, экономика, общество, технологии, культура и спорт. Обновления в режиме реального времени и удобная структура разделов для ежедневного чтения.

  2. Портал о даче https://sovetyogorod.com саде и огороде: статьи и гайды по уходу за почвой, посадке, обрезке, мульчированию и борьбе с болезнями растений. Обзоры инструментов, идеи для теплиц и компостеров, ландшафтные решения и полезные советы для урожая.

  3. Женский портал https://dreamywoman.com о стиле жизни: красота и уход, мода, здоровье, психология, отношения, семья и карьера. Полезные статьи, подборки, чек-листы и вдохновляющие истории. Всё, чтобы заботиться о себе, развиваться и находить идеи на каждый день.

  4. Современный женский https://nova-woman.com сайт для девушек и женщин: тренды моды и макияжа, питание, фитнес, эмоциональное здоровье, отношения и саморазвитие. Понятные советы, обзоры, тесты и подборки, которые помогают чувствовать себя увереннее и счастливее.

  5. Новостной портал https://ua24news.com.ua Украины: оперативные события дня, политика, экономика, общество, происшествия и международная повестка. Проверенные факты, аналитика, интервью и репортажи. Узнавайте главное о жизни страны и мира в удобном формате 24/7.

  6. Главные новости https://smi24.com.ua Украины в одном месте: актуальные события, мнения аналитиков, расследования, репортажи и эксклюзивные материалы. Наш новостной портал помогает понимать, что происходит в стране и как события влияют на жизнь людей.

  7. Онлайн-новостной https://novosti24online.com.ua портал Украины: лента новостей, авторские колонки, интервью, обзоры и аналитика. Политика, социальные вопросы, экономика, международные события — всё оперативно, достоверно и понятно каждому читателю.

  8. Новостной портал https://mediasfera.com.ua Украины для тех, кто хочет быть в курсе: свежие публикации, разбор ключевых событий, экспертные оценки и подробные материалы о политике, экономике и обществе. Быстрые обновления, удобная навигация и проверенная информация.

  9. Новости Украины https://mediaportal.com.ua в удобном формате: лента последних событий, разделы по темам, авторские колонки и аналитика. Освещаем политику, экономику, безопасность, социальные вопросы и международные отношения. Портал для тех, кто хочет получать полную картину дня.

  10. Женский сайт https://loveliness.kyiv.ua с практичным контентом: уход за кожей и волосами, стильные образы, дом и уют, дети, работа и финансы. Полезные рекомендации, экспертные материалы и вдохновение без лишней «воды». Удобная навигация по рубрикам и регулярные обновления.

  11. Универсальный авто https://kolesnitsa.com.ua портал для водителей и будущих владельцев: обзоры автомобилей, сравнение комплектаций, тест-драйвы, советы по ТО и ремонту, подбор шин и аксессуаров. Актуальные новости, аналитика рынка и материалы, которые помогают делать осознанный выбор.

  12. Украинский новостной https://mediacentr.com.ua портал с акцентом на объективность и факты: свежие новости, аналитические статьи, интервью и спецпроекты. Освещаем жизнь страны, реформы, фронт, дипломатию и повседневные истории людей. Всё важное — на одной площадке.

  13. Онлайн женский https://lugor.org.ua сайт для тех, кто ценит своё время: гайды по красоте и стилю, психологические советы, идеи для дома, отношения, материнство и карьерные цели. Подборки, чек-листы, истории и советы, которые реально работают в повседневной жизни.

  14. Новостной портал https://infosmi.com.ua Украины: главные события дня, оперативная лента, аналитика и мнения экспертов. Политика, экономика, общество, война и международные новости. Чёткая подача, удобная структура разделов и регулярные обновления в режиме 24/7.

  15. Онлайн новостной https://expressnews.com.ua портал для тех, кто хочет быть в курсе: свежие новости, обзоры, спецпроекты и авторские материалы. Политика, бизнес, общество, наука, культура и спорт — всё в одном месте, с понятной подачей и регулярными обновлениями 24/7.

  16. Украинский новостной https://medicalanswers.com.ua портал: главные новости, расширенные обзоры, разбор решений власти, ситуации на фронте и жизни граждан. Фото, видео, инфографика и мнения экспертов помогают глубже понять происходящее в Украине и вокруг неё.

  17. Портал смачних ідей https://mallinaproject.com.ua прості рецепти на щодень, святкові страви, десерти, випічка та корисні перекуси. Покрокові інструкції, поради, підбірки меню й лайфхаки для кухні. Готуйте швидко, смачно та з натхненням разом із нами.

  18. Портал о технологиях https://technocom.dp.ua новости IT и гаджетов, обзоры смартфонов и ноутбуков, сравнения, тесты, инструкции и лайфхаки. Искусственный интеллект, кибербезопасность, софт, цифровые сервисы и тренды — простым языком и с пользой для читателя.

  21. Мужской портал https://phizmat.org.ua о стиле, здоровье, отношениях и деньгах. Свежие новости, честные обзоры гаджетов и авто, тренировки и питание, подборки фильмов и игр, лайфхаки для работы и отдыха — без воды и кликбейта. Советы, инструкции и тесты каждый день.

  22. Туристический портал https://prostokarta.com.ua о путешествиях по России и миру: маршруты, города и страны, советы туристам, визы и перелёты, отели и жильё, обзоры курортов, идеи для отдыха, лайфхаки, личный опыт и актуальные новости туризма.

  23. Женский журнал https://eternaltown.com.ua о стиле, красоте и здоровье. Мода и тренды, уход за кожей и волосами, отношения и психология, дом и семья, карьера и саморазвитие. Полезные советы, подборки, интервью и вдохновение каждый день.

  24. Срочный эвакуатор Дмитров: оперативный выезд, подача от 20 минут. Перевозка автомобилей после ДТП и поломок, межгород, бережная транспортировка. Работаем круглосуточно, без скрытых доплат, принимаем заявки в любое время.

  25. Надёжный эвакуатор Дмитров — помощь на дороге 24 часа. Эвакуация легковых и коммерческих авто, кроссоверов и мотоциклов. Современная техника, фиксированная стоимость, быстрый выезд по городу и области.

  27. Продажа тяговых аккумуляторных https://e-battery.ru батарей для вилочных погрузчиков – надёжные решения для стабильной работы складской техники. Подбор АКБ по параметрам, доставка, установка, долгий ресурс и высокая производительность для интенсивной эксплуатации

  28. Нужно межевание? межевание спб профессиональное межевание участка для оформления и регистрации прав. Геодезические измерения, уточнение границ, межевой план, сопровождение в Росреестре. Опытные кадастровые инженеры, точность и прозрачная стоимость.

  31. Курсы арабского языка https://shams-arab.ru блог с полезными статьями, упражнениями и примерами. Разбираем грамматику, лексику, диалоги и особенности языка. Делимся советами по обучению, мотивации и выбору формата занятий.

  32. Сервис помощи https://students-helper.ru студентам с учебными работами. Курсовые, контрольные, рефераты, отчёты и презентации. Индивидуальный подход, соблюдение сроков, доработки по требованиям преподавателя и конфиденциальность.

  33. Школа БПЛА https://obucheniebpla.ru обучение управлению беспилотными летательными аппаратами с нуля и для продвинутых. Практика полётов, основы безопасности, навигация, аэрофотосъёмка и подготовка операторов дронов по современным стандартам.

  34. Обучение родителей https://mother-massage.ru массажу и гимнастике для детей от рождения до года. Практические занятия, безопасные техники, развитие моторики и укрепление здоровья малыша. Поддержка специалиста, пошаговые рекомендации и уверенность родителей.

  35. Образовательный блог https://za-obrazovanie.ru о методиках обучения и развитии навыков. Статьи о преподавании, педагогике, оценивании, мотивации и работе с детьми и взрослыми. Практика, кейсы и полезные материалы.

  36. Site web de pari foot rdc: paris sportifs, championnats de football, resultats des matchs et cotes. Informations detaillees sur la plateforme, les conditions d’utilisation, les fonctionnalites et les evenements sportifs disponibles.

  37. Site web 1xbet congo – paris sportifs en ligne sur le football et autres sports. Propose des paris en direct et a l’avance, des cotes, des resultats et des tournois. Description detaillee du service, des fonctionnalites du compte et de son utilisation au Congo.

  40. Application mobile 1xbet apk. Paris sportifs en ligne, football et tournois populaires, evenements en direct et statistiques. Presentation de l’application et de ses principales fonctionnalites.

  41. Блог Елены Беляевой https://bestyleacademy.ru профессионального стилиста. Разборы гардероба, капсульные коллекции, советы по стилю и актуальным трендам. Практика, вдохновение и понятные рекомендации для женщин и мужчин.

  42. Школа блогеров https://vdskill.ru и видеотехнологий для авторов и предпринимателей. Создание видео, сторителлинг, монтаж и продвижение. Практические занятия, поддержка наставников и актуальные инструменты для роста.

  43. Образовательный блог https://educationruss.ru об обучении за границей. Университеты и колледжи, языковые курсы, условия поступления, стоимость, документы и жизнь студентов. Полезные статьи и рекомендации для абитуриентов и родителей.

  46. Neironica https://neironica.ru онлайн?платформа с ИИ?инструментами для создания Контент-завода, и автоматизации публикации статей, постов и видео во все соцсети

  48. Neironica https://neironica.ru онлайн?платформа с ИИ?инструментами для создания Контент-завода, и автоматизации публикации статей, постов и видео во все соцсети

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注