Как низкоуровневый код использующий стек узнает откуда он начинается?

Question

[6y6eH4uk]

Когда операционная система запускает процесс, она выделяет ему память под стек, но как низкоуровневый код узнает начальный адрес стека?

Если взять за основу эту схему, то становится понятно, как код процесса может узнать адреса текста, инициализированных данных, неинициализированных данных и кучи (просто прибавлять кол-во выделенной с помощью системных вызовов памяти к концу BSS). Однако, не ясно, как становится известен адрес стека и аргументов командной строки.

Если немного пораскинуть мозгами, то самый логичный ответ на этот вопрос - при запуске процесса ОС сама настраивает (думаю, что в данном примере не важно какая именно ОС, но я отталкиваю от примера linux) регистры стека на нужные значения, однако у меня нет опыта программирования на ассемблере (только теория), а все источники, которые я читал явно на это не указывают, поэтому я не могу быть уверен в этом предположении. Ну и если следовать этому предположению, то и адреса аргументов командной строки можно узнать отсчитав их от адреса стека.

Если все мои догадки верны, то хотелось бы получить утвердительный ответ от точно знающих это людей, если же используется другой способ, то хотелось бы получить подробное его описание.

Answer 1

[jcmvbkbc]

Если взять за основу эту схему, то становится понятно, как код процесса может узнать адреса текста, инициализированных данных, неинициализированных данных

Если мы говорим про обычные (не PIE) исполняемые ELF-файлы, то они слинкованы под конкретный адрес куда они будут загружены, и все адреса внутри одного исполняемого файла посчитаны заранее. Поэтому загрузка адреса функции или пременной в секции данных -- это просто загрузка константы в регистр.

и кучи

С кучей всё по-другому, потому что куча и объекты в ней полностью динамические. Выделение памяти для кучи -- это всегда системный вызов, который возвращает адрес выделенной памяти (и sbrk, и mmap).

не ясно, как становится известен адрес стека и аргументов командной строки

они инициализируются ядром ОС, согласно ABI, см. например, ABI x86_64, раздел 3.4.1.

Answer 2

[Saboteur]

Обычно для работы со стеком процессор использует регистр стека (Stack Pointer register).

Следовательно операционная система устанавливает этот регистр для процесса при его запуске и инициализации.
В современных процессорах регистров стека может быть несколько (я могу ошибаться, но возможно даже несколько на каждое ядро).

Answer 3

[freeExec]

Странно, что у вас возник вопрос по поводу стека, не не как процесс начинает свою работу именно с нужного адреса, а не абы откуда? Многое эти настройки хранятся в заголовках исполняемых файлов: и размер стека и адрес точки входа и какие библиотеки и куда их загрузить. И всеми этими подготовками занимается загрузчик в ОС.

Comments

[6y6eH4uk]

Подготовка - да. Но стек должен активно использоваться самой программой и ее текстом включительно. Как эта самая программа знает откуда начинается стек? Он автоматически устанавливается в регистр стека?

Я предположил, что каждому процессу формально выделяется все виртуальное адресное пространство, которое только может быть, но фактически выделяется только явно инициализированное пространство (сегменты текста и данных) и если код будет пытаться получать доступ к другим виртуальным адресам, то будет ошибка доступа. Именно по этой причине программа для динамического выделения памяти в куче должна явно совершать системный вызов с виртуальным адресом до которого должна расшириться куча. Однако, стек является уникальной структурой данных, адреса для которого ОС выделяет сама и автоматически. Так вот, логично предположить, что на момент старта программы ОС формально выделяет адреса для стека согласно его максимальному размеру, а также какую-то часть этого пространства выделяет фактически, с него и начинает расти стек и если он выйдет за пределы фактически выделенной памяти в формально выделенную, то стек расширится. Но как программа узнает откуда начинается тот самый начальный адрес стека?

[freeExec]

6y6eH4uk, Ниоткуда, ей вообще не надо ни чего про него знать. Она работает относительно его вершины и пофиг где он там расположен и кто установил значения в регистр стека. Примерно как пассажир в автобусе, его не заботит откуда в нём бензин взялся, но он знает, что его довезут от точки А до Б.

[6y6eH4uk]

freeExec, Если бы для уровня машинного кода или ассемблера были актуальны высокоуровневые абстракции и инкапсуляция за которую вы мне говорите, то да, но значения регистров можно менять произвольно на любые значения, именно так работает раскрутка стека, к примеру. И здесь возникает проблема, ведь если в регистр стека поместить адреса не из пространства выделенного ОС для стека, то и расширять эти адреса ОС автоматически не будет, регистр стека фактически станет обычным регистром. Из вашего ответа косвенно стало ясно, что ОС сама назначает адрес стека в регистр, как я и предполагал и именно об этом был вопрос.

[freeExec]

6y6eH4uk, Да, именно так. Я видел такие финты ушами, когда программа выделяла себе десятки мегабайт памяти, переносила туда стек и делала свои тёмные дела.