linux内核堆栈.doc

在内核2.4中堆栈是这么定义的：
union task_union {
        struct task_struct task;
        unsigned long stack[INIT_TASK_SIZE/sizeof(long)];
    };
而INIT_TASK_SIZE只能是8K。

内核为每个进程分配一个task_struct结构时，实际上分配两个连续的物理页面(8192字节)，如图所示。底部用作task_struct结构(大小约为1K字节)，结构的上面用作内核堆栈(大小约为7K字节)。访问进程自身的task_struct结构，使用宏操作current, 在2.4中定义如下：

#define current get_current()
static inline struct task_struct * get_current(void)
{
      struct task_struct *current;
      __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (current) : "" (~8191UL));
      return current;
}
  ~8191UL表示最低13位为0, 其余位全为1。 %esp指向内核堆栈中，当屏蔽掉%esp的最低13后，就得到这个”两个连续的物理页面”的开头，而这个开头正好是task_struct的开始，从而得到了指向task_struct的指针。

在内核2.6中堆栈这么定义：
union thread_union {
      struct thread_info thread_info;
      unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};
根据内核的配置，THREAD_SIZE既可以是4K字节(1个页面)也可以是8K字节(2个页面)。thread_info是52个字节长。
下图是当设为8KB时候的内核堆栈：Thread_info在这个内存区的开始处，内核堆栈从末端向下增长。进程描述符不是在这个内存区中，而分别通过task与thread_info指针使thread_info与进程描述符互联。所以获得当前进程描述符的current定义如下:

#define current get_current()
static inline struct task_struct * get_current(void)
{
      return current_thread_info()->task;
}

static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
{
       struct thread_info *ti;
       __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (ti) : "" (~(THREAD_SIZE - 1)));
       return ti;
}
    根据THREAD_SIZE大小，分别屏蔽掉内核栈的12-bit LSB(4K)或13-bit LSB(8K)，从而获得内核栈的起始位置。

struct thread_info {
      struct task_struct    *task;       /* main task structure */
      struct exec_domain    *exec_domain; /* execution domain */
      unsigned long           flags;       /* low level flags */
      unsigned long           status;       /* thread-synchronous flags */
      ... ..
}

fork系统调用中调用dup_task_struct,其执行：
1，  执行alloc_task_struct宏，为新进程获取进程描述符，并将描述符放在局部变量tsk中。
2，  执行alloc_thread_info宏以获取一块空闲的内存区，用以存放新进程的thread_info结构和内核栈，并将这块内存区字段的地址放在局部变量ti中（8K 或 4K, 可配置）。
3，  将current进程描述符的内容复制到tsk所指向的task_struct结构中，然后把tsk->thread_info置为ti。
4，  把current进程的thread_info描述符的内容复制到ti中，然后把ti->task置为tsk。
5，  返回新进程的描述符指针tsk。

static struct task_struct *dup_task_struct(struct task_struct *orig)
{
    struct task_struct *tsk;
    struct thread_info *ti;
    prepare_to_copy(orig);
    tsk = alloc_task_struct();
    if (!tsk)
        return NULL;
    ti = alloc_thread_info(tsk);
    if (!ti) {
        free_task_struct(tsk);
        return NULL;
    }
    *tsk = *orig;
    tsk->thread_info = ti;
    setup_thread_stack(tsk, orig);
    …..
}
# define alloc_task_struct()    kmem_cache_alloc(task_struct_cachep, GFP_KERNEL)
#define alloc_thread_info(tsk) \
    ((struct thread_info *) __get_free_pages(GFP_KERNEL,THREAD_ORDER))
#endif

内核栈空间大小非常有限，故在内核中写程序时，注意尽量不要定义大的局部变量，尽量不要使用递归（导致函数调用栈过大而导致栈溢出），当需要空间时，使用kmalloc在堆中申请。