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Go Runtime: stack

  •  1
     
  •   GopherDaily · 337 天前 · 1060 次点击
    这是一个创建于 337 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    Go's Entry Point

    由于偷懒没有细看 Go 的编译逻辑, 所以在大多数时候我需要通过反汇编来确定一些事情, 比如说 Go 应用的入口.

    Go 在 Linux 下的编译结果是 ELF 文件, 在 osx 中可以通过 brew 安装 readelf/objdump 等工具来解读.

    ~ brew search x86_64-linux-gnu-binutils
    ==> Formulae
    x86_64-linux-gnu-binutils ✔                                                                     x86_64-elf-binutils
    

    通过 ELF 的 File Header 确定程序的入口位置:

    ~ x86_64-linux-gnu-readelf -h main | grep Entry
      Entry point address:               0x455dc0
    

    在 objdump 的输出中通过对应地址可以定位到入口函数是 _rt0_amd64_linux.

    ~ x86_64-linux-gnu-objdump -D -S main | grep -A 10 00455dc0
    0000000000455dc0 <_rt0_amd64_linux>:
    // license that can be found in the LICENSE file.
    
    #include "textflag.h"
    
    TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8
            JMP     _rt0_amd64(SB)
      455dc0:       e9 bb e3 ff ff          jmp    454180 <_rt0_amd64>
      455dc5:       cc                      int3
      455dc6:       cc                      int3
      455dc7:       cc                      int3
    

    结合具体代码可以发现主要逻辑在 runtime.rt0_go. 其创建了最初的 m, 通过 runtime.main 调用用户定义的 main 函数.

    stack

    每个 goroutine 都拥有自己独立的栈, 初始空间小(2kb), 后续按需扩容. g 除了保存当前栈的最高(stack.hi)和最低(stack.lo)地址外, 还使用 stackguard0 来记录应该扩容的地址. 考虑栈是从高位地址开始使用, stackguard0 = stack.lo + stackGuard 等价于预留一部分空间, 避免扩容等情况时的栈溢出.

    编译器会在可能需要扩容的函数调用中增加栈扩容的逻辑:

    ~ x86_64-linux-gnu-objdump -D -S main | cat -n - | grep -A 20 "main.main>:"
    138032  0000000000457600 <main.main>:
    138033
    138034  func main() { add(3, 4) }
    138035    457600:       49 3b 66 10             cmp    0x10(%r14),%rsp
    138036    457604:       76 1d                   jbe    457623 <main.main+0x23>
    138037    457606:       55                      push   %rbp
    138038    457607:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    138039    45760a:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
    138040    45760e:       b8 03 00 00 00          mov    $0x3,%eax
    138041    457613:       bb 04 00 00 00          mov    $0x4,%ebx
    138042    457618:       e8 c3 ff ff ff          call   4575e0 <main.add>
    138043    45761d:       48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
    138044    457621:       5d                      pop    %rbp
    138045    457622:       c3                      ret
    138046    457623:       e8 18 cf ff ff          call   454540 <runtime.morestack_noctxt.abi0>
    138047    457628:       eb d6                   jmp    457600 <main.main>
    138048
    

    上述例子中:

    • rsp 保存了当前函数栈的地址, 即 SP
    • r14 保存了当前 g 的地址, 0x10 使其偏移 16 个字节, 对应 g.stackguard0
    • L35 判断是否需要扩容
    • L36 在需要扩容的时候跳转到 L46
    • rutnime.morestack_noctxt 实现扩容
    • L47 在扩容结束后跳转回函数入口

    上述寄存器的含义可以参考 Go internal ABI specification.

    栈的空间分配由 stackalloc 实现, 在其中我们可以看到一些熟悉的内容.

    • 如果栈超过 32kb, 直接从 mheap 分配, 否则从 p 的缓存中分配.
    • 同一个 mspan 内的栈大小相同, 以便以链表的形式维护空闲的栈空间.

    当栈触发扩容或者缩容时, 运行时会分配一块新的空间并将内容都复制过去. 其中复杂的地方在于如何处理指向原始栈空间的指针.

    由于编译器保证了只有栈上的指针可以指向栈上的数据, 所以我们只需要遍历栈空间, 找到每一个指向栈的指针并做偏移调整即可. 特定地址是否时指针这一信息由 GC 维护, 我们直接在此处使用即可.

    可能违反上述保证的情况, 比如 defer, panic 和 chan 等需要被特殊处理.

    Source: https://github.com/j2gg0s/j2gg0s/blob/main/_posts/2023-12-20-Go%20Runtime%3A%20stack.md

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