Стек потока
Глава 16 - Стек потока
Иногда система сама резервирует какие-то регионы в адресном пространстве Вашего процесса. Я уже упоминал в главе 13, что это делается для размещения блоков переменных окружения процесса и его потоков. Еще один случай резервирования региона самой системой — создание стека потока.
Всякий раз, когда в процессе создается поток, система резервирует регион адресного пространства для стека потока (у каждого потока свой стек) и передает этому региону какой-то объем физической памяти. По умолчанию система резервирует 1 Мб адресного пространства и передает ему всего две страницы памяти. Но стандартные значения можно изменить, указав при сборке программы параметр компоновщика /STACK:
/STACK. reserve [, commit]
Тогда при создании стека потока система зарезервирует регион адресного пространства, размер которого указан в параметре /STACK компоновщика. Кроме того, объем изначально передаваемой памяти можно переопределить вызовом CreateThread или _beginthreadex. У обеих функций есть параметр, который позволяет изменять объем памяти, изначально передаваемой региону стека. Если в нем передать 0, система будет использовать значение, указанное в параметре /STACK. Далее я исхожу из того, что стек создается со стандартными параметрами.
На рис. 16-1 показано, как может выглядеть регион стека (зарезервированный по адресу 0x08000000) в системе с размером страниц no 4 Кб Регион стека и вся переданная ему память имеют атрибут защиты PAGE_READWRITE.
Зарезервировав регион, система передает физическую память двум верхним его страницам. Непосредственно перед тем, как приступить к выполнению потока, система устанавливает регистр указателя стека на конец верхней страницы региона стека (адрес, очень близкий к 0x08100000). Это та страница, с которой поток начнет использовать свой стек. Вторая страница сверху называется сторожевой (guard page).
По мере разрастания дерева вызовов (одновременного обращения ко все большему числу функций) потоку, естественно, требуется и больший объем стека.
Как только поток обращается к следующей странице (а она сторожевая), система уведомляется об этой попытке. Тогда система передает память еще одной странице, расположенной как раз за сторожевой. После чего флаг PAGE_GUARD, как эстафетная палочка, переходит от текущей сторожевой к той странице, которой только что передана память. Благодаря такому механизму объем памяти, занимаемой стеком, увеличивается только по необходимости. Если дерево вызовов у потока будет расти и дальше, регион стека будет выглядеть примерно так, как показано на рис. l6-2.
Допустим, стек потока практически заполнен (как па рис. l6-2) и регистр указателя стека указывает на адрес 0x08003004. Тогда, как только поток вызовет еще одну функцию, система, по идее, должна передать дополнительную физическую память. Но когда система передает! память странице по адресу 0x08001000, она делает это уже по-другому. Регион стека теперь выглядит, как на рис l6-3.
Рис. 16-1. Так выглядит регион стека потока сразу после его создания
Рис. 16-2. Почти заполненный регион стека потока
Рис. 16-3. Целиком заполненный регион стека потока
Как и можно было предполагать, флаг PAGE_GUARD со страницы по адресу 0x08002000 удаляется, а странице по адресу 0x08001000 передается физическая память. Но этой странице не присваивается флаг PAGE_GUARD. Это значит, что региону адресного пространства, зарезервированному под стек потока, теперь передана вся физическая память, которая могла быть ему передана. Самая нижняя страница остается зарезервированной, физическая память ей никогда не передается. Чуть позже я поясню, зачем это сделано.
Передавая физическую память странице по адресу 0x08001000, система выполняет еще одну операцию генерирует исключение EXCEPTION_STACK_OVERFLOW (в файле WinNT.h оно определено как 0xC00000FD). При использовании структурной обработки исключений (SEH). Ваша программа получит уведомление об этой ситуации и сможет корректно обработать ее. Подробнее о SEH см. главы 23, 24 и 25, а так же листинг программы Summation, приведенный в конце этой главы.
Если поток продолжит использовать стек даже после исключения, связанного с переполнением стека, будет задействована вся память на странице по адресу 0x08001000, и поток попытается получить доступ к странице по адресу 0x08000000. Поскольку эта страница лишь зарезервирована (но не передана), возникнет исключение — нарушение доступа. Если это произойдет в момент обращения потока к стеку, Вас ждут крупные неприятности. Система возьмет управление на себя и завершит не только данный поток, но и весь процесс И даже не сообщит об этом пользователю; процесс просто исчезнет!
Теперь объясню, почему нижняя страница стека всегда остается зарезервированной. Это позволяет защищать другие данные процесса от случайной перезаписи. Видите ли, по адресу 0x07FFF000 (па 1 страницу ниже, чем 0x08000000) может быть передана физическая память для другого региона адресного пространства. Если бы странице по адресу 0x08000000 была передана физическая память, система не сумела бы перехватить попытку потока расширить стек за прелелы зарезервированного региона. А если бы стек расползся за пределы этого региона, поток мог бы перезаписать другие даипые в адресном пространстве своего процесса — такого *жучка" выловить очень сложно.
