浅谈Linux 中的进程栈、线程栈、内核栈、中断栈 _Linux

栈是什么？栈有什么作用？首先，栈 (stack) 是一种串列形式的数据结构。这种数据结构的特点是后入先出 (LIFO, Last In First Out)，数据只能在串列的一端 (称为：栈顶 top) 进行推入 (push) 和弹出 (pop) 操作。根据栈的特点，很容易的想到可以利用数组，来实现这种数据结构。但是本文要讨论的并不是软件层面的栈，而是硬件层面的栈。

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大多数的处理器架构，都有实现硬件栈。有专门的栈指针寄存器，以及特定的硬件指令来完成入栈/出栈的操作。例如在 ARM 架构上，R13 (SP) 指针是堆栈指针寄存器，而 PUSH 是用于压栈的汇编指令，POP 则是出栈的汇编指令。
下面我们来看看栈有什么作用。栈作用可以从两个方面体现：函数调用和多任务支持。
一、函数调用我们知道一个函数调用有以下三个基本过程：
- 调用参数的传入
- 局部变量的空间管理
- 函数返回
函数的调用必须是高效的，而数据存放在 CPU通用寄存器或者 RAM 内存中无疑是最好的选择。以传递调用参数为例，我们可以选择使用 CPU通用寄存器来存放参数。但是通用寄存器的数目都是有限的，当出现函数嵌套调用时，子函数再次使用原有的通用寄存器必然会导致冲突。因此如果想用它来传递参数，那在调用子函数前，就必须先保存原有寄存器的值，然后当子函数退出的时候再恢复原有寄存器的值。
函数的调用参数数目一般都相对少，因此通用寄存器是可以满足一定需求的。但是局部变量的数目和占用空间都是比较大的，再依赖有限的通用寄存器未免强人所难，因此我们可以采用某些 RAM 内存区域来存储局部变量。但是存储在哪里合适？既不能让函数嵌套调用的时候有冲突，又要注重效率。
这种情况下，栈无疑提供很好的解决办法。一、对于通用寄存器传参的冲突，我们可以再调用子函数前，将通用寄存器临时压入栈中；在子函数调用完毕后，在将已保存的寄存器再弹出恢复回来。二、而局部变量的空间申请，也只需要向下移动下栈顶指针；将栈顶指针向回移动，即可就可完成局部变量的空间释放；三、对于函数的返回，也只需要在调用子函数前，将返回地址压入栈中，待子函数调用结束后，将函数返回地址弹出给 PC 指针，即完成了函数调用的返回；
于是上述函数调用的三个基本过程，就演变记录一个栈指针的过程。每次函数调用的时候，都配套一个栈指针。即使循环嵌套调用函数，只要对应函数栈指针是不同的，也不会出现冲突。

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二、多任务支持然而栈的意义还不只是函数调用，有了它的存在，才能构建出操作系统的多任务模式。我们以 main 函数调用为例，main 函数包含一个无限循环体，循环体中先调用 A 函数，再调用 B 函数。
func B():return;func A():B();func main():while (1)A();【浅谈Linux 中的进程栈、线程栈、内核栈、中断栈】试想在单处理器情况下，程序将永远停留在此 main 函数中。即使有另外一个任务在等待状态，程序是没法从此 main 函数里面跳转到另一个任务。因为如果是函数调用关系，本质上还是属于 main 函数的任务中，不能算多任务切换。此刻的 main 函数任务本身其实和它的栈绑定在了一起，无论如何嵌套调用函数，栈指针都在本栈范围内移动。
由此可以看出一个任务可以利用以下信息来表征：
1. main 函数体代码
2. main 函数栈指针
3. 当前 CPU 寄存器信息
假如我们可以保存以上信息，则完全可以强制让出 CPU 去处理其他任务。只要将来想继续执行此 main 任务的时候，把上面的信息恢复回去即可。有了这样的先决条件，多任务就有了存在的基础，也可以看出栈存在的另一个意义。在多任务模式下，当调度程序认为有必要进行任务切换的话，只需保存任务的信息（即上面说的三个内容）。恢复另一个任务的状态，然后跳转到上次运行的位置，就可以恢复运行了。