深刻理解golang 的棧

線程棧(thread stacks)介紹

先回顧下linux的內存空間佈局

 

簡書_stack02.png

當啓動一個C實現的thread時，C標準庫會負責分配一塊內存做爲這個線程的棧。標準庫分配這塊內存，告訴內核它的位置並讓內核處理這個線程 的執行。
在linux系統中，可經過 ulimit -s查看系統棧大小（8M）。
ulimit -s 10240可修改棧大小爲10M。

 

 

 

這裏最大的一個問題是，分配大數組，或者循環遞歸函數時，默認的棧空間不夠用，會致使Segmentation fault錯誤。

//testMaxStack.cpp #include <stdio.h> int main() { printf("init ok\n"); char a[8192*1024]; // 8M空間 printf("run over\n"); } //執行結果 [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 

解決方法有兩個：

• ulimit -s 10240調整標準庫給全部線程棧分配的內存塊的大小。可是全線提升棧大小意味着每一個線程都會提升棧的內存使用量，這樣一來，你將用光全部內存。
• 爲每一個線程單獨肯定棧大小。這樣一來你就不得不完成這樣的任務：根據每一個線程的須要，估算它們的棧內存的大小。這將是建立線程的難度超出咱們的指望。

Go是如何應對這個問題的

Go使用的解決方案相似第二種方法。
goroutine 初始時只給棧分配很小的空間，而後隨着使用過程當中的須要自動地增加。這就是爲何Go能夠開千千萬萬個goroutine而不會耗盡內存。
Go 1.4開始使用的是連續棧，而這以前使用的分段棧。

分段棧(Segmented Stacks)

分段棧(segmented stacks)是Go語言最初用來處理棧的方案。
當建立一個goroutine時，Go運行時會分配一段8K字節的內存用於棧供goroutine運行使 用。

每一個go函數在函數入口處都會有一小段代碼，這段代碼會檢查是否用光了已分配的棧空間，若是用光了，這段代碼會調用morestack函數。

morestack函數

morestack函數會分配一段新內存用做棧空間，接下來它會將有關棧的各類數據信息寫入棧底的一個struct中(下圖中Stack info)，包括上一段棧的地址。而後重啓goroutine，從致使棧空間用光的那個函數（下圖中的Foobar）開始執行。這就是所謂的「棧分裂 (stack split)」。

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

lessstack函數

在新棧的底部，插入了一個棧入口函數lessstack。設置這個函數用於從那個致使咱們用光棧空間的函數(Foobar)返回時用的。當那個函數(Foobar)返回時，咱們回到lessstack（這個棧幀），lessstack會查找 stack底部的那個struct，並調整棧指針(stack pointer)，使得咱們返回到前一段棧空間。這樣作以後，咱們就能夠將這個新棧段(stack segment)釋放掉，並繼續執行咱們的程序了。

分段棧的問題

棧縮小是一個相對代價高昂的操做。若是在一個循環中調用的函數遇到棧分裂 (stack split)，進入函數時會增長棧空間(morestack 函數)，返回並釋放棧段(lessstack 函數)。性能方面開銷很大。

連續棧（continuous stacks）

go如今使用的是這套解決方案。
goroutine在棧上運行着，當用光棧空間，它遇到與舊方案中相同的棧溢出檢查。可是與舊方案採用的保留一個返 回前一段棧的link不一樣，新方案建立一個兩倍於原stack大小的新stack，並將舊棧拷貝到其中。
這意味着當棧實際使用的空間縮小爲原先的 大小時，go運行時不用作任何事情。
棧縮小是一個無任何代價的操做（棧的收縮是垃圾回收的過程當中實現的．當檢測到棧只使用了不到1/4時，棧縮小爲原來的1/2）。
此外，當棧再次增加時，運行時也無需作任何事情，咱們只須要重用以前分配的空閒空間便可。

如何捕獲到函數的棧空間不足

Go語言和C不一樣，不是使用棧指針寄存器和棧基址寄存器肯定函數的棧的。

在Go的運行時庫中，每一個goroutine對應一個結構體G，大體至關於進程控制塊的概念。這個結構體中存了stackbase和stackguard，用於肯定這個goroutine使用的棧空間信息。每一個Go函數調用的前幾條指令，先比較棧指針寄存器跟g->stackguard，檢測是否發生棧溢出。若是棧指針寄存器值超越了stackguard就須要擴展棧空間。

舊棧數據複製到新棧

舊棧數據複製到新棧的過程，要考慮指針失效問題。
Go實現了精確的垃圾回收，運行時知道每一塊內存對應的對象的類型信息。在複製以後，會進行指針的調整。具體作法是，對當前棧幀以前的每個棧幀，對其中的每個指針，檢測指針指向的地址，若是指向地址是落在舊棧範圍內的，則將它加上一個偏移使它指向新棧的相應地址。這個偏移值等於新棧基地址減舊棧基地址。

連接：https://www.jianshu.com/p/7ec9acca6480