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Linux操作系統(tǒng)是一種廣泛使用的操作系統(tǒng)，其內(nèi)核堆棧是操作系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組成部分，它負(fù)責(zé)記錄CPU執(zhí)行程序的狀態(tài)，包括返回地址、函數(shù)調(diào)用參數(shù)、局部變量以及臨時(shí)變量等，是Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。
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一、內(nèi)核堆棧的作用
內(nèi)核堆棧是Linux內(nèi)核保持運(yùn)行狀態(tài)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)每個(gè)進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，包括系統(tǒng)調(diào)用、中斷以及進(jìn)程切換時(shí)保存的狀態(tài)信息等。內(nèi)核堆棧是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以理解為一個(gè)棧，是由操作系統(tǒng)內(nèi)核分配的一塊連續(xù)的內(nèi)存，當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入或退出內(nèi)核態(tài)時(shí)，需要壓入或彈出堆棧，以保存或恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。
內(nèi)核堆棧的作用可以歸納為以下幾個(gè)方面：
1.保存進(jìn)程切換前的狀態(tài)信息，包括CPU寄存器、堆棧指針等。
2.保存系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)、返回值和系統(tǒng)調(diào)用號(hào)等信息。
3.保存中斷處理程序執(zhí)行前的狀態(tài)信息，包括被中斷進(jìn)程的寄存器、堆棧指針等。
4.保存異常處理程序執(zhí)行前的狀態(tài)信息，捕獲異常并對(duì)其進(jìn)行處理。
5.保存進(jìn)程上下文信息，包括進(jìn)程的內(nèi)存映像、寄存器狀態(tài)、標(biāo)識(shí)符等。
二、內(nèi)核堆棧的優(yōu)化方法
內(nèi)核堆棧是Linux操作系統(tǒng)中重要的組成部分，盡管它是高效的，但仍可以進(jìn)行一些優(yōu)化。以下是一些內(nèi)核堆棧的優(yōu)化方法：
1.使用動(dòng)態(tài)堆棧
Linux內(nèi)核堆棧的大小通常固定在2KB到4KB之間，這對(duì)于大多數(shù)進(jìn)程來(lái)說(shuō)足夠了，但對(duì)于某些進(jìn)程來(lái)說(shuō)可能會(huì)帶來(lái)一些限制。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用動(dòng)態(tài)堆棧。動(dòng)態(tài)堆棧會(huì)根據(jù)進(jìn)程需要的內(nèi)存大小來(lái)分配內(nèi)存，這樣可以避免內(nèi)存浪費(fèi)并提高程序的效率。
2.使用固定堆棧
對(duì)于某些對(duì)運(yùn)行時(shí)間敏感的進(jìn)程，可以使用固定堆棧來(lái)確保進(jìn)程得到足夠的內(nèi)存空間。固定堆棧是一種固定大小的堆棧，因此進(jìn)程可以預(yù)先分配內(nèi)存，并在堆棧出現(xiàn)溢出現(xiàn)象之前獲得足夠的內(nèi)存空間。
3.使用對(duì)象池
Linux內(nèi)核堆棧通常使用malloc()和free()函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)分配并釋放內(nèi)存空間，但這種方式效率較低，因?yàn)轭l繁的內(nèi)存分配和釋放會(huì)造成內(nèi)存碎片化，從而導(dǎo)致程序效率下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用對(duì)象池。對(duì)象池是一種預(yù)分配內(nèi)存的機(jī)制，通過(guò)一次性分配內(nèi)存，在需要時(shí)將已分配的內(nèi)存分配給進(jìn)程，然后在用完后將其返回到對(duì)象池中。
4.盡量避免內(nèi)核堆棧溢出
內(nèi)核堆棧溢出是Linux操作系統(tǒng)中常見(jiàn)的問(wèn)題，主要原因是棧上使用的空間超過(guò)了棧的容量限制?？赡軐?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致程序的崩潰。為了避免這種問(wèn)題，可以使用以下技術(shù)：
a.減少遞歸調(diào)用，使用尾部調(diào)用優(yōu)化。
b.在函數(shù)調(diào)用時(shí)使用參數(shù)，而不是局部變量。
c.減少使用較大的結(jié)構(gòu)體和數(shù)組。
d.優(yōu)化編譯器，減少變量的存儲(chǔ)空間。
e.使用故障管理程序來(lái)檢測(cè)和解決內(nèi)核堆棧溢出問(wèn)題。
三、
內(nèi)核堆棧是Linux操作系統(tǒng)中重要的組成部分，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)Linux操作系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并支持進(jìn)程的切換、系統(tǒng)調(diào)用和中斷處理等。為了優(yōu)化內(nèi)核堆棧，我們可以使用動(dòng)態(tài)堆棧、固定堆棧、對(duì)象池以及避免內(nèi)核堆棧溢出等技術(shù)，從而提高Linux操作系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。
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linux內(nèi)核中內(nèi)核局部變量過(guò)大不會(huì)導(dǎo)致棧溢出嗎
不會(huì)首先全局變量是不占堆?？臻g的
全局全量編譯的時(shí)侯是放在.data段的
只有沒(méi)有static修飾的局部變量在程序運(yùn)行的時(shí)侯臨時(shí)分配在棧上，new，或malloc等定義的變量分配在堆上
如果想讓棧溢出也很容易，棧也有其極限的，只要定義一個(gè)無(wú)限遞歸函數(shù)，讓它沒(méi)完沒(méi)了的遞歸就行了，一會(huì)就崩了。
建議學(xué)一下編譯原理
實(shí)驗(yàn)五 Linux操作系統(tǒng)是如何工作的
操作系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)：
1、存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)
馮.諾伊曼首先提出了“存儲(chǔ)程序”的概念，按照存儲(chǔ)程序的原理，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)須先將要執(zhí)行的相關(guān)程序和數(shù)據(jù)放入內(nèi)存儲(chǔ)器中，在執(zhí)行程序時(shí)CPU根據(jù)當(dāng)前程序指針寄存器的內(nèi)容，按地址順序取出存放在內(nèi)存儲(chǔ)器中的指令（按地址順序訪問(wèn)指令），然后分析指令，執(zhí)行指令的功能，遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，則轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移地址，再按地址順序訪問(wèn)指令（程序控制）。linux操作系統(tǒng)就是以存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的工作原理為基礎(chǔ)去管理整個(gè)計(jì)算機(jī)以及整個(gè)計(jì)算機(jī)的執(zhí)行工作流程。
存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)以運(yùn)算單元為中心， 采用存儲(chǔ)程序原理，存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)、線性編址的空間，控制流由指令流產(chǎn)生， 指令由操作碼和地址碼組成，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼。（）
2、堆棧
堆棧（此處不同于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的中堆棧）是內(nèi)存中的一段存儲(chǔ)區(qū)域。堆棧用到的寄存器主要有%esp和%ebp，c語(yǔ)言中堆棧機(jī)制主要用于函數(shù)調(diào)用中上一層函數(shù)相關(guān)寄存器（包括堆棧相關(guān)寄存器，eip寄存器等）的保存，以便從調(diào)用函數(shù)返回至上一層函數(shù)，堆棧還會(huì)保存調(diào)用函數(shù)的參數(shù)以及函數(shù)中創(chuàng)建的局部變量。
操作系統(tǒng)中的堆棧分為用戶態(tài)堆棧和內(nèi)核態(tài)堆棧，而程序的執(zhí)行又是以進(jìn)程為單位來(lái)執(zhí)行的，操作系統(tǒng)使每個(gè)進(jìn)程有各自獨(dú)立的4G地址空間，0~3G為用戶態(tài)，3G~4G為內(nèi)核態(tài)，Linux為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)8KB大小的內(nèi)存區(qū)域，用于存放該進(jìn)程兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Thread_info和進(jìn)程內(nèi)核堆棧。當(dāng)我們進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用或其他中斷時(shí)內(nèi)核棧會(huì)保存用戶棧的寄存器信息以及返回地址等信息，當(dāng)內(nèi)核進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度切換上下文時(shí)堆棧會(huì)保存前一個(gè)進(jìn)程的上下文，再載入下一進(jìn)程的上下文。
3、中斷
中斷機(jī)制最初是未解決計(jì)算機(jī)和外設(shè)的處理速度不匹配問(wèn)題，為了提高cpu的工作效率，操作系統(tǒng)引入中斷機(jī)制。
處理器的速度跟外圍硬件設(shè)備的速度往往不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，因此，如果內(nèi)核采取讓處理器向硬件發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求，然后專門(mén)等待回應(yīng)的辦法，顯然降低內(nèi)核效率。中斷可以讓內(nèi)核不用等待硬件響應(yīng)，而是去執(zhí)行其他事務(wù)進(jìn)程，當(dāng)硬件處理完畢，通過(guò)中斷告知CPU硬件數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，CPU再切換來(lái)處理此硬件事務(wù)。
不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)的中斷不同，而每個(gè)中斷都通過(guò)一個(gè)惟一的數(shù)字標(biāo)識(shí)，即中斷號(hào)。從而使得操作系統(tǒng)能夠?qū)χ袛噙M(jìn)行區(qū)分，并知道哪個(gè)硬件設(shè)備產(chǎn)生了哪個(gè)中斷。這樣，操作系統(tǒng)才能給不同的中斷提供不同的中斷處理程序。
中斷使得進(jìn)程能夠并發(fā)的去執(zhí)行，當(dāng)然，并發(fā)并不是并行，而是中斷允許CPU在多個(gè)進(jìn)程之間切換，大大提高了CPU的利用率。中斷是多進(jìn)程能夠正常執(zhí)行以及進(jìn)程間的切換的必不可少的要素。
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文章名稱：Linux下內(nèi)核堆棧的作用及優(yōu)化方法(linux內(nèi)核堆棧)
文章出自：http://fisionsoft.com.cn/article/cdcseej.html
