Linux应用程序设计:如何获取线程栈的使用信息?
面对的问题
对于线程的栈空间,相信各位小伙伴都不陌生。它有下面的这几项特性:
由操作系统分配固定的空间;
使用一个栈寄存器来保存实时位置;
后进先出。
今天,我们不聊操作系统层面对栈的管理,只从应用程序的角度,来看一下如何实时获取栈的使用情况。
在一般的单片机/嵌入式程序开发过程中,在创建一个线程(或者称作任务)的时候,是可以指定给该线程分配多少栈空间的。
然后在调试的时候呢,周期性的打印出栈区的使用情况:消耗了多少空间,还剩余多少空间。
这样的话,跑完每一个测试用例之后,就能得到一个大致的统计数据,从而最终决定:需要给这个线程分配多少栈空间。
例如:在 ucOS 系统中,提供了函数 NT8U OSTaskStkChk(INT8U prio, OS_STK_DATA *p_stk_data),来获取一个任务的栈使用信息。
但是在 Linux 系统中,并没有这样类似的函数,来直接获取栈使用信息。
因此,为了得到此线程的已使用和空闲栈空间,必须通过其他的方式来获取。
下面,就提供 2 种解决方案:正规军方式和杂牌军方式!
正规军方式
在 Linux 系统中,在创建一个线程的时候,是可以通过线程属性来设置:为这个线程分配多少的栈(stack)空间的。
如果应用程序不指定的话,操作系统就设置为一个默认的值。
线程创建完毕之后,操作系统在内核空间,记录了这个线程的一切信息,当然也就包括给它分配的栈空间信息。
为了让应用层能够获取到这个信息,操作系统也提供了相应的系统函数。代码如下:
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);
从上面这段代码中可以看到,它只能获取栈空间的地址开始以及总的空间大小,仍然不知道当前栈空间的实际使用情况!
我找了一下相关的系统调用,Linux 似乎没有提供相关的函数。
怎么办?只能迂回操作。
我们知道,在 Linux x86 平台上,寄存器 ESP 就是来存储栈指针的。对于一个满递减类型的栈,这个寄存器里的值,就代表了当前栈中最后背使用的、那个栈空间的地址。
因此,只要我们能够获取到 ESP 寄存器里的值,就相当于知道了当前这个栈有多少空间被使用了。
那么怎样来获取 ESP 寄存器的值呢?既然是寄存器,那就肯定是使用汇编代码了。
很简单,就 1 行:
size_t esp_val;
asm("movl %%esp, %0" : "=m"(esp_val) :);
对不起,我错了!应该是 2 行代码,忘记变量定义了。
对于汇编代码不熟悉的小伙伴,可以参考之前总结的一篇文章:内联汇编很可怕吗?看完这篇文章,终结它!
找到第 4 个示例,直接抄过来就行。
好了,拿到了以上的所有信息,就可以计算出栈的已使用和空闲空间的大小了:
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