內(nèi)核 任務(wù)的堆棧切換一直纏繞的兩個問題:怎樣標識的內(nèi)核棧與用戶棧?如何在內(nèi)核態(tài)堆棧與用戶態(tài)堆棧之間切換? 用戶態(tài)堆棧指針:ss和esp; 內(nèi)核態(tài)堆棧指針:ss0和esp0; 二者均位于任務(wù)的tss結(jié)構(gòu)中。這里的任務(wù)是指除任務(wù)0和1之外的普通任務(wù)。 CPU進行用戶態(tài)堆棧到內(nèi)核態(tài)堆棧的切換操作時,CPU會從當前任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)段TSS中取得新堆棧的段選擇符和偏移值,即從TSS的ss0和 esp0字段中獲取,在定位了新堆棧(內(nèi)核態(tài)堆棧)之后,CPU就會首先把原用戶態(tài)堆棧指針ss和esp壓入內(nèi)核態(tài)堆棧,隨后把標志寄存器eflags內(nèi) 容和返回位置cs、eip壓入內(nèi)核態(tài)堆棧。 任務(wù)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用時就會進入內(nèi)核并執(zhí)行內(nèi)核中的中斷服務(wù)代碼,此時內(nèi)核代碼就會使用該任務(wù)的內(nèi)核態(tài)堆棧進行上述操作。而在執(zhí)行iret退出內(nèi)核程序返回到用戶程序時,將恢復(fù)用戶態(tài)的堆棧和eflags。 任務(wù)的tss結(jié)構(gòu): 標簽:堆內(nèi)存 棧內(nèi)存 堆:順序隨意
棧:先進后出 堆和棧的區(qū)別 一、預(yù)備知識—程序的內(nèi)存分配 一個由c/C++編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個部分 1、棧區(qū)(stack)— 由編譯器自動分配釋放 ,存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧 2、堆區(qū)(heap) — 一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由OS回收 。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事,分配方式倒是類似于鏈表,呵呵。 3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)—,全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。 - 程序結(jié)束后有系統(tǒng)釋放 4、文字常量區(qū) —常量字符串就是放在這里的。 程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放 5、程序代碼區(qū)—存放函數(shù)體的二進制代碼。 二、例子程序 這是一個前輩寫的,非常詳細 //main.cpp int a = 0; 全局初始化區(qū) char *p1; 全局未初始化區(qū) main() { int b; 棧 char s[] = "abc"; 棧 char *p2; 棧 char *p3 = "123456"; 123456\0在常量區(qū),p3在棧上。 static int c =0; 全局(靜態(tài))初始化區(qū) p1 = (char *)malloc(10); p2 = (char *)malloc(20); 分配得來得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。 strcpy(p1, "123456"); 123456\0放在常量區(qū),編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個地方。 } 二、堆和棧的理論知識 2.1申請方式 stack:由系統(tǒng)自動分配。 例如,聲明在函數(shù)中一個局部變量 int b; 系統(tǒng)自動在棧中為b開辟空間 heap:需要程序員自己申請,并指明大小,在c中malloc函數(shù)如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new運算符如p2 = (char *)malloc(10);但是注意p1、p2本身是在棧中的 2.2申請后系統(tǒng)的響應(yīng) 棧:只要棧的剩余空間大于所申請空間,系統(tǒng)將為程序提供內(nèi)存,否則將報異常提示棧溢出。 堆: 首先應(yīng)該知道操作系統(tǒng)有一個記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表,當系統(tǒng)收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大于所申請空間的堆結(jié)點,然后將該結(jié)點從空閑 結(jié)點鏈表中刪除,并將該結(jié)點的空間分配給程序,另外,對于大多數(shù)系統(tǒng),會在這塊內(nèi)存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣,代碼中的delete語句 才能正確的釋放本內(nèi)存空間。另外,由于找到的堆結(jié)點的大小不一定正好等于申請的大小,系統(tǒng)會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。 2.3申請大小的限制 棧: 在Windows下,棧是向低地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是一塊連續(xù)的內(nèi)存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂?shù)牡刂泛蜅5淖畲笕萘渴窍到y(tǒng)預(yù)先規(guī)定好的,在 WINDOWS下,棧的大小是2M(也有的說是1M,總之是一個編譯時就確定的常數(shù)),如果申請的空間超過棧的剩余空間時,將提示overflow。因 此,能從棧獲得的空間較小。 堆:堆是向高地址擴展的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。這是由于系統(tǒng)是用鏈表來存儲的空閑內(nèi)存地址的,自然是不連續(xù)的,而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統(tǒng)中有效的虛擬內(nèi)存。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。 2.4申請效率的比較: 棧由系統(tǒng)自動分配,速度較快。但程序員是無法控制的。 堆 是由new分配的內(nèi)存,一般速度比較慢,而且容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片,不過用起來最方便. 另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配內(nèi)存,他不是在堆,也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內(nèi)存,雖然用起來 最不方便。但是速度快,也最靈活 2.5堆和棧中的存儲內(nèi)容 棧: 在函數(shù)調(diào)用時,第一個進棧的是主函數(shù)中后的下一條指令(函數(shù)調(diào)用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址,然后是函數(shù)的各個參數(shù),在大多數(shù)的C編譯器中,參數(shù)是由 右往左入棧的,然后是函數(shù)中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。當本次函數(shù)調(diào)用結(jié)束后,局部變量先出棧,然后是參數(shù),最后棧頂指針指向最開始存的地址, 也就是主函數(shù)中的下一條指令,程序由該點繼續(xù)運行。 堆:一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內(nèi)容有程序員安排。 2.6存取效率的比較 char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的;而bbbbbbbbbbb是在編譯時就確定的;但是,在以后的存取中,在棧上的數(shù)組比指針所指向的字符串(例如堆)快。 比如: #include void main() { char a = 1; char c[] = "1234567890"; char *p ="1234567890"; a = c[1]; a = p[1]; return; } 對應(yīng)的匯編代碼 10: a = c[1]; 00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 11: a = p[1]; 0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al 第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中,而第二種則要先把指針值讀到edx中,在根據(jù)edx讀取字符,顯然慢了。 2.7小結(jié): 堆 和棧的區(qū)別可以用如下的比喻來看出:使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯,只管點菜(發(fā)出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作 和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。 使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。 堆和棧的區(qū)別主要分: 操 作系統(tǒng)方面的堆和棧,如上面說的那些,不多說了。還有就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的堆和棧,這些都是不同的概念。這里的堆實際上指的就是(滿足堆性質(zhì)的)優(yōu)先隊列的 一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),第1個元素有最高的優(yōu)先權(quán);棧實際上就是滿足先進后出的性質(zhì)的數(shù)學(xué)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。雖然堆棧,堆棧的說法是連起來叫,但是他們還是有很大區(qū)別 的,連著叫只是由于歷史的原因。 ======================================= --------------------------------------- ======================================= 轉(zhuǎn)一篇文章: 可 能許多人對內(nèi)存分配上的“棧 stack”和“堆 heap”還不是很明白。包括一些科班出身的人也不明白這兩個概念。我不想過多的說這兩個東西。簡單的來講,stack上分配的內(nèi)存系統(tǒng)自動釋 放,heap上分配的內(nèi)存,系統(tǒng)不釋放,哪怕程序退出,那一塊內(nèi)存還是在那里。stack一般是靜態(tài)分配內(nèi)存,heap上一般是動態(tài)分配內(nèi)存。 由 malloc系統(tǒng)函數(shù)分配的內(nèi)存就是從堆上分配內(nèi)存。從堆上分配的內(nèi)存一定要自己釋放。用free釋放,不然就是術(shù)語——“內(nèi)存泄露”(或是“內(nèi)存漏 洞”)—— Memory Leak。于是,系統(tǒng)的可分配內(nèi)存會隨malloc越來越少,直到系統(tǒng)崩潰。還是來看看“棧內(nèi)存”和“堆內(nèi)存”的差別吧。 棧內(nèi)存分配 —————-------------------------------------------------- char* AllocStrFromStack() { char pstr[100]; return pstr; } 堆內(nèi)存分配 —————--------------------------------------------------char* AllocStrFromHeap(int len) { char *pstr; if ( len <= 0 ) return NULL; return ( char* ) malloc( len ); } 對 于第一個函數(shù),那塊pstr的內(nèi)存在函數(shù)返回時就被系統(tǒng)釋放了。于是所返回的char*什么也沒有。而對于第二個函數(shù),是從堆上分配內(nèi)存,所以哪怕是程序 退出時,也不釋放,所以第二個函數(shù)的返回的內(nèi)存沒有問題,可以被使用。但一定要調(diào)用free釋放,不然就是Memory Leak! 在堆上分配內(nèi)存很容易造成內(nèi)存泄漏,這是C/C++的最大的“克星”,如果你的程序要穩(wěn)定,那么就不要出現(xiàn)Memory Leak。所以,我還是要在這里千叮嚀萬囑付,在使用malloc系統(tǒng)函數(shù)(包括calloc,realloc)時千萬要小心。 記 得有一個UNIX上的服務(wù)應(yīng)用程序,大約有幾百的C文件編譯而成,運行測試良好,等使用時,每隔三個月系統(tǒng)就是down一次,搞得許多人焦頭爛額,查不出 問題所在。只好,每隔兩個月人工手動重啟系統(tǒng)一次。出現(xiàn)這種問題就是Memery Leak在做怪了,在C/C++中這種問題總是會發(fā)生,所以你一定要小心。 我保證,做過許多C/C++的工程的程序員,都會對malloc或是new有些感冒。當你什么時候在使用malloc和new時,有一種輕度的緊張和惶恐的感覺時,你就具備了這方面的修養(yǎng)了。 對于malloc和free的操作有以下規(guī)則: 1) 配對使用,有一個malloc,就應(yīng)該有一個free。(C++中對應(yīng)為new和delete) 2) 盡量在同一層上使用,不要像上面那種,malloc在函數(shù)中,而free在函數(shù)外。最好在同一調(diào)用層上使用這兩個函數(shù)。 3) malloc分配的內(nèi)存一定要初始化。free后的指針一定要設(shè)置為NULL。 注: 雖然現(xiàn)在的操作系統(tǒng)(如:UNIX和Win2k/NT)都有進程內(nèi)存跟蹤機制,也就是如果你有沒有釋放的內(nèi)存,操作系統(tǒng)會幫你釋放。但操作系統(tǒng)依然不會釋 放你程序中所有產(chǎn)生了Memory Leak的內(nèi)存,所以,最好還是你自己來做這個工作。(有的時候不知不覺就出現(xiàn)Memory Leak了,而且在幾百萬行的代碼中找無異于海底撈針,Rational有一個工具叫Purify,可能很好的幫你檢查程序中的Memory Leak) |
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