ST源码分析-st_thread_create - 弦外之音

只看该作者 · 2023-4-21 12:08

本文主要分析 st_thread_create() 函数的内部实现。

st_thread_create 流程图如下：

只看该作者 · 2023-4-21 12:09

现在开始一行一行代码分析 st_thread_create



  _st_thread_t *thread;

  _st_stack_t *stack;

  void **ptds;

  char *sp;

只看该作者 · 2023-4-21 12:09

上面代码声明了 4 个变量，变量 ptds 的全称应该是 pthread_data_register（线程的寄存器缓存），sp 的全称是 stack point。

只看该作者 · 2023-4-21 12:09

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/* Adjust stack size */

if (stk_size == 0)

  stk_size = ST_DEFAULT_STACK_SIZE;

stk_size = ((stk_size + _ST_PAGE_SIZE - 1) / _ST_PAGE_SIZE) * _ST_PAGE_SIZE;

stack = _st_stack_new(stk_size);

if (!stack)

  return NULL;

只看该作者 · 2023-4-21 12:09

上面开始申请栈内存，ST_DEFAULT_STACK_SIZE 是 (64*1024) ，也就是 64Kb 默认内存。还有一个宏定义 _ST_PAGE_SIZE，定义如下：

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#define _ST_PAGE_SIZE                   (_st_this_vp.pagesize)

只看该作者 · 2023-4-21 12:09

_st_this_vp.pagesize 是用 getpagesize() 获取操作系统的内存页大小。所以下面的这行代码，又乘，又除，实际上是为了得出操作系统内存页大小的倍数。

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stk_size = ((stk_size + _ST_PAGE_SIZE - 1) / _ST_PAGE_SIZE) * _ST_PAGE_SIZE;

只看该作者 · 2023-4-21 12:13

为什么 stk_size 要是操作系统内存页大小的倍数，这个涉及到内存对齐，虚拟内存跟物理内存的映射原理，通俗来说，是为了让内存使用更加高效

只看该作者 · 2023-4-21 12:13

然后就调 _st_stack_new() 函数来申请内存。在讲 _st_stack_new 函数的内部逻辑之前，先普及一下 mmap 跟 calloc 的区别。

mmap 的一个常见的用法，是把文件映射到内存，例如把 2G 的大文件映射到内存，然后写内存就相当于写文件，但是并不会占用 2G 的物理内存。mmap 他这个映射是虚拟的，如果不使用文件映射，可以把 fd 设置为 -1 就是匿名映射。而 calloc 函数申请的是实实在在的物理内存，物理内存的使用量会增加。

只看该作者 · 2023-4-21 12:13

mmap 例子：

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

int main() {
void* vaddr = mmap(NULL, 1024 * 1024 * 1024 * 1, PROT_READ | PROT_WRITE, 34, -1, 0);
sleep(600);
return 0;
}

只看该作者 · 2023-4-21 12:15

calloc 例子：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
void* vaddr = calloc(1, 1024 * 1024 * 1024 * 1);
sleep(600);
return 0;
}

只看该作者 · 2023-4-21 12:18

执行命令编译：

gcc -o calloc calloc.c

只看该作者 · 2023-4-21 12:18

然后用 top -p 100054 查看指定进程的情况，如下图：

只看该作者 · 2023-4-21 12:18

回到 _st_stack_new() 函数的分析，流程图如下：

只看该作者 · 2023-4-21 12:18

从流程图可以看出，_st_stack_new 函数主要有两个重点：

1，用 calloc 来申请一块内存，_st_stack_t 这个结构体是 56 字节，因为 calloc 会初始化为 0，会导致 commit。所以物理内存的使用是实实在在增加了 56 字节。代码如下：

if ((ts = (_st_stack_t *)calloc(1, sizeof(_st_stack_t))) == NULL)
return NULL;

只看该作者 · 2023-4-21 12:19

2，用 _st_new_stk_segment 来申请栈的实际内存，_st_new_stk_segment 函数比较简单，就是对 mmap 封装一下。

// REDZONE 等于一个内存页大小
ts->vaddr_size = stack_size + 2*REDZONE + extra;
ts->vaddr = _st_new_stk_segment(ts->vaddr_size);
st_thread_create() 函数传给 _st_stack_new() 函数的 stack_size 参数是 65536 ，也就是 64 字节，但是不会立马使用 64 kb 的物理内存，因为用的是 mmap。不是 calloc。注意，实际上他还加了 2*REDZONE，多了两个内存页大小。为什么要冗余两个内存页大小，请看文章《ST源码分析-内存保护》。

只看该作者 · 2023-4-21 12:22

_st_free_stack 的逻辑本文不会讲解太多，因为这是入门教程，第一次调 _st_stack_new() 是不会跑进去 _st_free_stack 条件的，不会跑进去的逻辑本文不会讲解太多，力求简单。

只看该作者 · 2023-4-21 12:22

_st_stack_new 运行后之后，整个栈内存的结构是这样的...

只看该作者 · 2023-4-21 12:22

调用_st_stack_new() 拿到这么一个栈结构之后，回到 st_thread_create() 的逻辑，代码如下：

#if defined (MD_STACK_GROWS_DOWN)
sp = stack->stk_top;
#ifdef

只看该作者 · 2023-4-21 12:23

因为我的环境栈是向下压的，所以 MD_STACK_GROWS_DOWN 定义了。

sp = sp - (ST_KEYS_MAX * sizeof(void *));
ptds = (void **) sp;

只看该作者 · 2023-4-21 12:23

上面的代码，ST_KEYS_MAX 等于 16，(void *) 在 32位占 4字节，在 64 位占 8字节。所以上面的代码逻辑是从之前申请的内存里面拿出 16 * 8 个字节的内存存储协程的私有数据，这块内存在 ST 代码里没有使用，是留给使用者自由发挥的。想存什么就存什么变量 ptds 的全称是 private_data，ptds 指向数据的开始地址。

sp = sp - sizeof(_st_thread_t);
thread = (_st_thread_t *) sp;