当本地变量未初始化时，Windows线程堆栈保护页面机制是如何工作的？

Question

在Windows x86-32/x86-64架构的操作系统中，线程堆栈虚拟内存由“保留部分”、“提交部分”、“守卫页”和“保留页”组成。

问题：

假设我有1页提交内存和1MB的线程堆栈保留内存。我在堆栈上分配了一些内存，等于K页而没有初始化。例如，K等于10。看起来，在堆栈帧的开始，用户空间代码将分配堆栈上的内存：

sub esp, K*4096

当存在对保护页的读写请求时，Guard Page机制会起作用。

但是，如果我要读写超出此保护页的某些内存，会发生什么？

- Konstantin Burlachenko

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一个页面错误中断，我猜.. - Martin James

好问题。我不确定最近的操作系统版本如何工作，但我确实知道几年前我使用的编译器必须进行修改，以便在分配大量本地变量时发出代码，实际上“触摸”该内存的每个页面，以精确地强制发生保护页故障并分配堆栈内存。如果没有这种更改，则触及保护页之外的内存将导致应用程序崩溃（无痕迹消失）。 - 500 - Internal Server Error

2Martin：在这种情况下，您应该确定来自“需要更多提交”的内存的非法访问。但是无论如何，感谢您的建议。 - Konstantin Burlachenko

顺便提一下，在Linux上，您不需要触及中间页面。如果您触及任何保留用作堆栈的页面，即使尚未映射，页面错误处理程序也会增加堆栈映射。 （这仅适用于Linux上的初始进程堆栈。Linux上的线程堆栈需要完全分配其空间，以防止其他分配占用它们将来需要的空间。但是，它们仍然可以懒惰地连接到实际的页表中（页面错误而不仅仅是TLB缺失）。） - Peter Cordes

Answer 1

您通常会开始测试启用了运行时检查的代码。在Debug配置中默认启用的MSVC++上的/RTC，它会在函数序言中注入对_chkstk()的调用。GCC/g++有非常相似的功能。

这会在函数序言中探测分配页面，每隔4096个字节读取一次。这可以确保当您出错时总是会触发保护页，从而触发此站点名称并帮助您修复错误。

如果没有进行这种检查，您可能会在根本不属于堆栈的页面上寻址。虽然很可能会触发处理器的#GP陷阱，但这并不是保证的，因为该页面可能已被另一个无关的分配映射。您必须很不幸才能遇到这种情况，这是一种根本性的UB，非常难以诊断，因为您从未怀疑过堆栈，/RTC非常有价值。

- Hans Passant

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这个答案似乎错误地表明，打开栈警卫页是一个终端失败（“...修复错误”），而且当启用运行时检查时才会发出 _chkstk()。只要栈可以扩展，打开栈警卫页就会默默地增加堆栈大小（如果有足够的空间），并为现在更大的堆栈创建一个新的警卫页。只要栈可以扩展，用户进程中不会生成异常。因此，MSVC++编译器总是在存在多于1页本地变量以触发这种扩展机制并确保栈足够大时发出 _chkstk()。 - Iridium

这不正确，触发守卫页总是会引发堆栈溢出异常（异常代码0xc00000fd）。代码可以捕获该SEH异常并处理不良事件，通常通过重新映射守卫页提供额外的~7KB空间。让程序继续而不是用诊断终止它是不明智的，但在技术上是可能的，必须使用_resetstkoflw()恢复守卫。 - Hans Passant

Answer 2

当访问超出保护页的地址时，您的程序将崩溃，但默认情况下编译器每次本地分配超过4K时都会调用__chkstk()函数。

这是一篇介绍Windows系统中堆栈保护页如何工作的文章: kb100775

- czz