linux kernel中的栈的介绍

1、linux kernel中的中断irq的栈stack
- (1)、arm32体系的irq的栈
- (2)、arm64体系的irq的栈
2、linux kernel中的栈stack
- (1)、概念介绍：内核栈、内核空间进程栈、用户空间进程栈
- (2)、内核栈的实现
- (2)、内核进程栈、用户进程栈的实现
3、总结

★★★ 友情链接 : 个人博客导读首页—点击此处 ★★★

1、linux kernel中的中断irq的栈stack

(1)、arm32体系的irq的栈

如下结构体描述了IRQ mode的栈，很小，只有12bytes。那是因为在linux kernel arm32体系中，真正的中断处理都在svc mode。
发生中断时，先进入irq mode，再进入svc mode完成大部分工作.

(kernel-4.14/arch/arm/kernel/setup.c)
struct stack {u32 irq[3];u32 abt[3];u32 und[3];u32 fiq[3];
} ____cacheline_aligned;#ifndef CONFIG_CPU_V7M
static struct stack stacks[NR_CPUS];
#endif}

如下描述了调用cpu_init来设置栈的过程,

(kernel-4.14/arch/arm/kernel/setup.c)
/** cpu_init - initialise one CPU.** cpu_init sets up the per-CPU stacks.*/
void notrace cpu_init(void)
{#ifndef CONFIG_CPU_V7Munsigned int cpu = smp_processor_id();struct stack *stk = &stacks[cpu];if (cpu >= NR_CPUS) {pr_crit("CPU%u: bad primary CPU number\n", cpu);BUG();}/** This only works on resume and secondary cores. For booting on the* boot cpu, smp_prepare_boot_cpu is called after percpu area setup.*/set_my_cpu_offset(per_cpu_offset(cpu));cpu_proc_init();/** Define the placement constraint for the inline asm directive below.* In Thumb-2, msr with an immediate value is not allowed.*/
#ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
#define PLC "r"
#else
#define PLC "I"
#endif/** setup stacks for re-entrant exception handlers*/__asm__ ("msr    cpsr_c, %1\n\t""add   r14, %0, %2\n\t""mov  sp, r14\n\t""msr  cpsr_c, %3\n\t""add   r14, %0, %4\n\t""mov  sp, r14\n\t""msr  cpsr_c, %5\n\t""add   r14, %0, %6\n\t""mov  sp, r14\n\t""msr  cpsr_c, %7\n\t""add   r14, %0, %8\n\t""mov  sp, r14\n\t""msr  cpsr_c, %9":: "r" (stk),PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE),"I" (offsetof(struct stack, irq[0])),PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | ABT_MODE),"I" (offsetof(struct stack, abt[0])),PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | UND_MODE),"I" (offsetof(struct stack, und[0])),PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | FIQ_MODE),"I" (offsetof(struct stack, fiq[0])),PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE): "r14");
#endif
}

(2)、arm64体系的irq的栈

先看下irq_handler的中断函数处理的过程

/** Interrupt handling.*/.macro  irq_handlerldr_l    x1, handle_arch_irq   -----将handle地址保存在x1mov    x0, spirq_stack_entry   ------ 切换栈，也就是将svc栈切换程irq栈. 在此之前，SP还是EL1_SP，在此函数中，将EL1_SP保存，再将IRQ栈的地址写入到SP寄存器blr x1     ——————执行中断处理函数irq_stack_exit   ------ 恢复EL1_SP(svc栈).endm

 .macro  irq_stack_entrymov  x19, sp         // preserve the original sp    //将svc mode下的栈地址(也就是EL1_SP)保存到x19/** Compare sp with the base of the task stack.* If the top ~(THREAD_SIZE - 1) bits match, we are on a task stack,* and should switch to the irq stack.*/
#ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASKldr    x25, [tsk, TSK_STACK]eor    x25, x25, x19and    x25, x25, #~(THREAD_SIZE - 1)cbnz   x25, 9998f
#elseand    x25, x19, #~(THREAD_SIZE - 1)cmp    x25, tskb.ne    9998f
#endifadr_this_cpu x25, irq_stack, x26mov   x26, #IRQ_STACK_START_SP     //IRQ_STACK_START_SP这是irq mode的栈地址add  x26, x25, x26/* switch to the irq stack */mov   sp, x26     //将irq栈地址，写入到sp/** Add a dummy stack frame, this non-standard format is fixed up* by unwind_frame()*/stp     x29, x19, [sp, #-16]!mov    x29, sp9998:.endm

/** x19 should be preserved between irq_stack_entry and* irq_stack_exit.*/
.macro  irq_stack_exit
mov sp, x19     //x19保存着svc mode下的栈，也就是EL1_SP
.endm

那么irq的栈在哪设置的，多大呢？

在irq.h中定义了，irq栈的地址和size

#define IRQ_STACK_SIZE           THREAD_SIZE
#define IRQ_STACK_START_SP      THREAD_START_SP

thread_info.h中定义了大小

#define THREAD_SIZE      16384     //也就是irq栈的大小大概15k
#define THREAD_START_SP     (THREAD_SIZE - 16)    //也就是irq栈的首地址是从"0地址+15k"这个地方开始的

2、linux kernel中的栈stack

(1)、概念介绍：内核栈、内核空间进程栈、用户空间进程栈

用户空间进程栈、内核空间进程栈
对于一个应用程序而言，可以运行在用户空间，也可以通过系统调用进入内核空间。在用户空间，使用的是用户栈，也就是我们软件工程师编写用户空间程序的时候，保存局部变量的stack。陷入内核后，当然不能用用户栈了，这时候就需要使用到内核栈。所谓内核栈其实就是处于SVC mode时候使用的栈。

内核栈
在linux最开始启动的时候，系统只有一个进程（更准确的说是kernel thread），就是PID等于0的那个进程，叫做swapper进程（或者叫做idle进程）。

(2)、内核栈的实现

内核栈是静态定义的，如下：

（kernel-4.14/arch/arm/include/asm/thread_info.h）#define init_thread_info   (init_thread_union.thread_info)#define init_stack       (init_thread_union.stack)

(kernel-4.14/include/linux/sched.h)
union thread_union {#ifndef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASKstruct thread_info thread_info;
#endifunsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};

(2)、内核进程栈、用户进程栈的实现

Linux kernel在内核线程，或用户线程时都会分配一个page frame，具体代码如下：

(kernel-4.14/kernel/fork.c)
static struct task_struct *dup_task_struct(struct task_struct *orig, int node)
{......stack = alloc_thread_stack_node(tsk, node);if (!stack)goto free_tsk;
......
}

底部是struct thread_info数据结构，顶部（高地址）就是该进程的栈了。
当进程切换的时候，整个硬件和软件的上下文都会进行切换，这里就包括了svc mode的sp寄存器的值被切换到调度算法选定的新的进程的内核栈上来

3、总结

linux kernel arm32中定义的irq栈，其实就在一个static struct stack结构体变量中，大小为12bytes. irq_hander使用svc栈
linux kernel arm64中定义的irq栈，在内存"首地址"处，大小16k. irq_hander使用irq栈