深刻理解golang 的栈

线程栈(thread stacks)介绍

先回顾下linux的内存空间布局

 

简书_stack02.png

当启动一个C实现的thread时，C标准库会负责分配一块内存做为这个线程的栈。标准库分配这块内存，告诉内核它的位置并让内核处理这个线程 的执行。
在linux系统中，可经过 ulimit -s查看系统栈大小（8M）。
ulimit -s 10240可修改栈大小为10M。

 

 

 

这里最大的一个问题是，分配大数组，或者循环递归函数时，默认的栈空间不够用，会致使Segmentation fault错误。

//testMaxStack.cpp #include <stdio.h> int main() { printf("init ok\n"); char a[8192*1024]; // 8M空间 printf("run over\n"); } //执行结果 [app@VM_114_13_centos c]$ ulimit -s 8192 [app@VM_114_13_centos c]$ g++ testMaxStack.cpp [app@VM_114_13_centos c]$ ./a.out Segmentation fault 

解决方法有两个：

• ulimit -s 10240调整标准库给全部线程栈分配的内存块的大小。可是全线提升栈大小意味着每一个线程都会提升栈的内存使用量，这样一来，你将用光全部内存。
• 为每一个线程单独肯定栈大小。这样一来你就不得不完成这样的任务：根据每一个线程的须要，估算它们的栈内存的大小。这将是建立线程的难度超出咱们的指望。

Go是如何应对这个问题的

Go使用的解决方案相似第二种方法。
goroutine 初始时只给栈分配很小的空间，而后随着使用过程当中的须要自动地增加。这就是为何Go能够开千千万万个goroutine而不会耗尽内存。
Go 1.4开始使用的是连续栈，而这以前使用的分段栈。

分段栈(Segmented Stacks)

分段栈(segmented stacks)是Go语言最初用来处理栈的方案。
当建立一个goroutine时，Go运行时会分配一段8K字节的内存用于栈供goroutine运行使 用。

每一个go函数在函数入口处都会有一小段代码，这段代码会检查是否用光了已分配的栈空间，若是用光了，这段代码会调用morestack函数。

morestack函数

morestack函数会分配一段新内存用做栈空间，接下来它会将有关栈的各类数据信息写入栈底的一个struct中(下图中Stack info)，包括上一段栈的地址。而后重启goroutine，从致使栈空间用光的那个函数（下图中的Foobar）开始执行。这就是所谓的“栈分裂 (stack split)”。

+---------------+
  | | | unused | | stack | | space | +---------------+ | Foobar | | | +---------------+ | | | lessstack | +---------------+ | Stack info | | |-----+ +---------------+ | | | +---------------+ | | Foobar | | | | <---+ +---------------+ | rest of stack | | | 

lessstack函数

在新栈的底部，插入了一个栈入口函数lessstack。设置这个函数用于从那个致使咱们用光栈空间的函数(Foobar)返回时用的。当那个函数(Foobar)返回时，咱们回到lessstack（这个栈帧），lessstack会查找 stack底部的那个struct，并调整栈指针(stack pointer)，使得咱们返回到前一段栈空间。这样作以后，咱们就能够将这个新栈段(stack segment)释放掉，并继续执行咱们的程序了。

分段栈的问题

栈缩小是一个相对代价高昂的操做。若是在一个循环中调用的函数遇到栈分裂 (stack split)，进入函数时会增长栈空间(morestack 函数)，返回并释放栈段(lessstack 函数)。性能方面开销很大。

连续栈（continuous stacks）

go如今使用的是这套解决方案。
goroutine在栈上运行着，当用光栈空间，它遇到与旧方案中相同的栈溢出检查。可是与旧方案采用的保留一个返 回前一段栈的link不一样，新方案建立一个两倍于原stack大小的新stack，并将旧栈拷贝到其中。
这意味着当栈实际使用的空间缩小为原先的 大小时，go运行时不用作任何事情。
栈缩小是一个无任何代价的操做（栈的收缩是垃圾回收的过程当中实现的．当检测到栈只使用了不到1/4时，栈缩小为原来的1/2）。
此外，当栈再次增加时，运行时也无需作任何事情，咱们只须要重用以前分配的空闲空间便可。

如何捕获到函数的栈空间不足

Go语言和C不一样，不是使用栈指针寄存器和栈基址寄存器肯定函数的栈的。

在Go的运行时库中，每一个goroutine对应一个结构体G，大体至关于进程控制块的概念。这个结构体中存了stackbase和stackguard，用于肯定这个goroutine使用的栈空间信息。每一个Go函数调用的前几条指令，先比较栈指针寄存器跟g->stackguard，检测是否发生栈溢出。若是栈指针寄存器值超越了stackguard就须要扩展栈空间。

旧栈数据复制到新栈

旧栈数据复制到新栈的过程，要考虑指针失效问题。
Go实现了精确的垃圾回收，运行时知道每一块内存对应的对象的类型信息。在复制以后，会进行指针的调整。具体作法是，对当前栈帧以前的每个栈帧，对其中的每个指针，检测指针指向的地址，若是指向地址是落在旧栈范围内的，则将它加上一个偏移使它指向新栈的相应地址。这个偏移值等于新栈基地址减旧栈基地址。

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