深入理解任务堆栈

先来看这一个小函数，猜猜他的运行结果(VC6环境)？

#include

void  b()
{
    int data[10];
    printf("helloworld!/r/n");
    data[11]-=5;
}

int main()
{
    b();
    return 0;
}

堆栈溢出，肯定不正常，马上有人叫起来了。

没错， 那么结果是什么呢，为什么会不停打印helloworld呢，我们将用堆栈揭开他的奥秘。

且看main函数汇编代码。  

很简单，  L12  调用b函数，   L13对返回值赋0.

这里有个很关键的东东： call

call包含2部分操作，call的下一条指令地址入栈，跳转，也就是从效果来说，包含push  0040108D 和 jmp  00401005两条操作。 假如，你打开内存窗口，你会看到，堆栈里已经有0040108D 这个值了。

10:   int main()
11:   {
         ...........
12:       b();
00401088   call        @ILT+0(b) (00401005)
13:       return 0;
0040108D   xor         eax,eax
14:   }

再来看函数b

当你把  printf("helloworld!/r/n"); 替换为 printf("%08x!/r/n",data[11]);时，你会发现，程序在不停的打印0040108D!， 显而易见，你修改的data[11]其实就是函数b的返回值地址，而data[11] -= 5;更是巧妙的利用 call    00401005 这条指令正好是5个字节的特点，将返回地址正好修改到了 0040108D ，也就是说函数返回时会再次调用函数b。每次b()都会把返回值改为b返回的地址，导致b()被不停的调用。

 

 

为什么data[11]正好是函数的返回值呢，让我们来看堆栈和任务有和关系
 

    任务(线程)都有一个堆栈，任务创建时创建，任务撤销时撤销。 任务的创建本质上包含2点。

    1  任务资源的分配(任务TCB和任务堆栈)，很多嵌入式操作系统把TCB和堆栈是分配在一起的，比如Vxworks操作系统，其任务ID，堆栈基地址，TCB指针其实指向同一块内存。 创建任务时要指定任务大小，分配堆栈空间其实是一个特殊的malloc函数，他从堆栈空间分配，而不是从系统空间分配内存。任务堆栈windows下默认比较大，嵌入式OS则比较小，经常64k左右。 而局部变量就保存在堆栈中，当访问局部变量越界时，就发生了我们常说的"堆栈被踩了",堆栈被踩得话后果严重，轻则导致某次运行结果不对(这种问题很难定位)，重则导致程序崩溃，例如把上面程序改为data[11]-=4，则程序直接崩溃。

 

    2  任务的初始化，包含2部分，任务TCB的初始化，并且把TCB和操作系统关联。

        TCB中包含任务的很多东西，   比如任务拥有的信号量的链表，文件描述符的链表，CPU寄存器的值(任务切换时用的)，任务优先级，堆栈地址，任务名称等等，这些都需要初始化。初始化完成之后，操作系统会把这个任务TCB假如调度队列，如果加入调度队列时任务状态是就绪，那么当他拿到CPU时就可以直接运行了。

 

    堆栈中包含任务的栈帧，也就是说在函数调用链(A call B,B call C,C call D,D call E)，那么堆栈中，ABCDE函数分别对应自己的一段栈帧。以E为例  E的栈帧包含A函数的传入参数，函数返回值，局部变量和临时保存的寄存器值。

 

     函数栈帧在主调函数和被掉函数中分配，在函数返回时释放，这就是为什么局部变量地址在函数返回后其值可能失效。

     例如 下面代码FuncB分配的函数栈帧在FuncB执行完后又被分配给FuncC，FuncC中很可能会踩到FuncB曾经的局部变量。

      FuncA{

         FuncB();

         FuncC();

      }

    任务（线程）的栈以及上面函数b的栈为下图。

 

    *debug版本的函数b其实除了data[10]，还在局部变量位置分配了一部分内存用来做调试，不过我们不用关系他。

    *为什么是data[11],而不是data[10]/data[12]或者其他？ x86下编译器函数入口一般会有2条指令。

      push  ebp

      move ebp,esp

      其实就是将ebp作为帧指针来用(函数帧即为栈中一个函数所拥有的一段内存)。

      而这样就可以在函数中采用ebp-XXX表示局部变量，用ebp+XXX来表示传入参数。 函数中经常会有一些push操作，

      采用esp对局部变量和参数寻址远不如用ebp来的省事了，因为esp是经常变化的，而ebp是相对横的的。