對(duì)于線程的?？臻g，相信各位小伙伴都不陌生。它有下面的這幾項(xiàng)特性：

由操作系統(tǒng)分配固定的空間;

使用一個(gè)棧寄存器來保存實(shí)時(shí)位置;

后進(jìn)先出。

今天，我們不聊操作系統(tǒng)層面對(duì)棧的管理，只從應(yīng)用程序的角度，來看一下如何實(shí)時(shí)獲取棧的使用情況。

在一般的單片機(jī)/嵌入式程序開發(fā)過程中，在創(chuàng)建一個(gè)線程(或者稱作任務(wù))的時(shí)候，是可以指定給該線程分配多少棧空間的。

然后在調(diào)試的時(shí)候呢，周期性的打印出棧區(qū)的使用情況：消耗了多少空間，還剩余多少空間。

這樣的話，跑完每一個(gè)測(cè)試用例之后，就能得到一個(gè)大致的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而最終決定：需要給這個(gè)線程分配多少?？臻g。

例如：在 ucOS 系統(tǒng)中，提供了函數(shù) NT8U OSTaskStkChk(INT8U prio, OS_STK_DATA *p_stk_data)，來獲取一個(gè)任務(wù)的棧使用信息。

但是在 Linux 系統(tǒng)中，并沒有這樣類似的函數(shù)，來直接獲取棧使用信息。

因此，為了得到此線程的已使用和空閑?？臻g，必須通過其他的方式來獲取。

下面，就提供 2 種解決方案：正規(guī)軍方式和雜牌軍方式！

正規(guī)軍方式

在 Linux 系統(tǒng)中，在創(chuàng)建一個(gè)線程的時(shí)候，是可以通過線程屬性來設(shè)置：為這個(gè)線程分配多少的棧(stack)空間的。

如果應(yīng)用程序不指定的話，操作系統(tǒng)就設(shè)置為一個(gè)默認(rèn)的值。

線程創(chuàng)建完畢之后，操作系統(tǒng)在內(nèi)核空間，記錄了這個(gè)線程的一切信息，當(dāng)然也就包括給它分配的?？臻g信息。

為了讓應(yīng)用層能夠獲取到這個(gè)信息，操作系統(tǒng)也提供了相應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)。代碼如下：

pthread_attr_t attr; void *stack_addr; int stack_size; memset(&attr, 0, sizeof(pthread_attr_t)); pthread_getattr_np(pthread_self(), &attr); pthread_attr_getstack(&attr, &stack_addr, &stack_size); pthread_attr_destroy(&attr); printf("statck top = %p ", stack_addr); printf("stack bottom = %p ", stack_addr + stack_size);

從上面這段代碼中可以看到，它只能獲取棧空間的地址開始以及總的空間大小，仍然不知道當(dāng)前棧空間的實(shí)際使用情況！

我找了一下相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用，Linux 似乎沒有提供相關(guān)的函數(shù)。

怎么辦？只能迂回操作。

我們知道，在 Linux x86 平臺(tái)上，寄存器 ESP 就是來存儲(chǔ)棧指針的。對(duì)于一個(gè)滿遞減類型的棧，這個(gè)寄存器里的值，就代表了當(dāng)前棧中最后背使用的、那個(gè)棧空間的地址。

因此，只要我們能夠獲取到 ESP 寄存器里的值，就相當(dāng)于知道了當(dāng)前這個(gè)棧有多少空間被使用了。

那么怎樣來獲取 ESP 寄存器的值呢？既然是寄存器，那就肯定是使用匯編代碼了。

很簡(jiǎn)單，就 1 行：

size_t esp_val; asm("movl %%esp, %0" : "=m"(esp_val) :);

對(duì)不起，我錯(cuò)了！應(yīng)該是 2 行代碼，忘記變量定義了。

對(duì)于匯編代碼不熟悉的小伙伴，可以參考之前總結(jié)的一篇文章：內(nèi)聯(lián)匯編很可怕嗎？看完這篇文章，終結(jié)它！

找到第 4 個(gè)示例，直接抄過來就行。

好了，拿到了以上的所有信息，就可以計(jì)算出棧的已使用和空閑空間的大小了：

把以上代碼放在一起：

#include #include #include #include #include #include void print_stack1() { size_t used, avail; pthread_attr_t attr; void *stack_addr; int stack_size; // 獲取棧寄存器 ESP 的當(dāng)前值 size_t esp_val; asm("movl %%esp, %0" : "=m"(esp_val) :); // 通過線程屬性，獲取棧區(qū)的起始地址和空間總大小 memset(&attr, 0, sizeof(pthread_attr_t)); pthread_getattr_np(pthread_self(), &attr); pthread_attr_getstack(&attr, &stack_addr, &stack_size); pthread_attr_destroy(&attr); printf("espVal = %p ", esp_val); printf("statck top = %p ", stack_addr); printf("stack bottom = %p ", stack_addr + stack_size); avail = esp_val - (size_t)stack_addr; used = stack_size - avail; printf("print_stack1: used = %d, avail = %d, total = %d ", used, avail, stack_size); } int main(int argc, char *agv[]) { print_stack1(); return 0; }
雜牌軍方式

上面的正規(guī)軍方法，主要是通過系統(tǒng)函數(shù)獲取了線程的屬性信息，從而獲取了棧區(qū)的開始地址和棧的總空間大小。

為了獲取這兩個(gè)值，調(diào)用了 3 個(gè)函數(shù)，有點(diǎn)笨重！

不知各位小伙伴是否想起：Linux 操作系統(tǒng)會(huì)為一個(gè)應(yīng)用程序，都提供了一些關(guān)于 limit 的信息，這其中就包括堆棧的相關(guān)信息。

這樣的話，我們就能拿到一個(gè)線程的棧空間總大小了。

此時(shí)，還剩下最后一個(gè)變量不知道：棧區(qū)的開始地址！

我們來分析一下哈：當(dāng)一個(gè)線程剛剛開始執(zhí)行的時(shí)候，棧區(qū)里可以認(rèn)為是空的，也就是說此時(shí) ESP 寄存器里的值就可以認(rèn)為是指向棧區(qū)的開始地址！

是不是有豁然開朗的感覺？！

但是，這仍然需要調(diào)用匯編代碼來獲取。

再想一步，既然此時(shí)棧區(qū)里可以認(rèn)為是空的，那么如果在線程的第一個(gè)函數(shù)中，定義一個(gè)局部變量，然后通過獲取這個(gè)局部變量的地址，不就相當(dāng)于是獲取到了棧區(qū)的開始地址了嗎?

如下圖所示：

我們可以把這個(gè)局部變量的地址，記錄在一個(gè)全局變量中。然后在應(yīng)用程序的其他代碼處，就可以用它來代表?xiàng)５钠鹗嫉刂贰?/p>

知道了 3 個(gè)必需的變量，就可以計(jì)算?？臻g的使用情況了：

// 用來存儲(chǔ)棧區(qū)的起始地址 size_t top_stack; void print_stack2() { size_t used, avail; size_t esp_val; asm("movl %%esp, %0" : "=m"(esp_val) :); printf("esp_val = %p ", esp_val); used = top_stack - esp_val; struct rlimit limit; getrlimit(RLIMIT_STACK, &limit); avail = limit.rlim_cur - used; printf("print_stack2: used = %d, avail = %d, total = %d ", used, avail, used + avail); } int main(int argc, char *agv[]) { int x = 0; // 記錄棧區(qū)的起始地址(近似值) top_stack = (size_t)&x; print_stack2(); return 0; }
更討巧的方式

在上面的兩種方法中，獲取棧的當(dāng)前指針位置的方式，都是通過匯編代碼，來獲取寄存器 ESP 中的值。

是否可以繼續(xù)利用剛才的技巧：通過定義一個(gè)局部變量的方式，來間接地獲取 ESP 寄存器的值？

void print_stack3() { int x = 0; size_t used, avail; // 局部變量的地址，可以近似認(rèn)為是 ESP 寄存器的值 size_t tmp = (size_t)&x; used = top_stack - tmp; struct rlimit limit; getrlimit(RLIMIT_STACK, &limit); avail = limit.rlim_cur - used; printf("print_stack3: used = %d, avail = %d, total = %d ", used, avail, used + avail); } int main(int argc, char *agv[]) { int x = 0; top_stack = (size_t)&x; print_stack3(); return 0; }
總結(jié)

以上的幾種方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

我們把以上 3 個(gè)打印堆棧使用情況的函數(shù)放在一起，然后在 main 函數(shù)中，按順序調(diào)用 3 個(gè)測(cè)試函數(shù)，每個(gè)函數(shù)中都定義一個(gè)整型數(shù)組(消耗 4K 的棧空間)，然后看一下這幾種方式的打印輸出信息：

// 測(cè)試代碼(3個(gè)打印函數(shù)就不貼出來了) void print_stack1() { ... } void print_stack2() { ... } void print_stack3() { ... } void func3() { int num[1024]; print_stack1(); printf(" ********* "); print_stack2(); printf(" ********* "); print_stack3(); } void func2() { int num[1024]; func3(); } void func1() { int num[1024]; func2(); } int main(int argc, char *agv[]) { int x = 0; top_stack = (size_t)&x; func1(); return 0; }

打印輸出信息：

espVal = 0xffe8c980 statck top = 0xff693000 stack bottom = 0xffe90000 print_stack1: used = 13952, avail = 8362368, total = 8376320 ********* esp_val = 0xffe8c9a0 print_stack2: used = 12456, avail = 8376152, total = 8388608 ********* print_stack3: used = 12452, avail = 8376156, total = 8388608

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