Go Runtime: stack

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