Go语⾔的栈空间管理

Go语言的栈空间管理是其运行时（runtime）的一个重要组成部分，它负责维护函数调用所需的栈内存。以下是对Go语言栈空间管理的详细阐述：

栈空间的基本概念

栈空间一般由编译器自动进行管理，负责维护函数调用所需要的东西（参数、返回地址、返回值、局部变量）。栈和堆都是对不同功能、不同区域的内存的划分。栈空间底层的内存管理实际上涉及到底层的内存分配和寄存器操作。

栈寄存器

Go语言的汇编代码包含BP和SP两个栈寄存器，它们分别存储了栈的基址指针和栈顶的地址。栈内存与函数调用的关系非常紧密，BP和SP之间的内存就是当前函数的调用栈。

逃逸分析

在C语言和C++这类需要手动管理内存的编程语言中，将对象或者结构体分配到栈上或者堆上是由工程师自主决定的，这也为工程师的工作带来了挑战。如果工程师能够精准地为每一个变量分配合理的空间，那么整个程序的运行效率和内存使用效率一定是最高的。然而，手动分配内存会导致以下问题：

• 不需要分配到堆上的对象分配到了堆上，浪费内存空间。
• 需要分配到堆上的对象分配到了栈上，导致悬挂指针，影响内存安全。

为了避免这些问题，Go语言的编译器使用逃逸分析来决定哪些变量应该在栈上分配，哪些变量应该在堆上分配。逃逸分析遵循以下两个不变性：

• 指向栈对象的指针不能存在于堆中。
• 指向栈对象的指针不能在栈对象回收后存活。

栈空间的管理过程

Go语言的栈空间管理过程分为四个部分：栈初始化、栈分配、栈扩容和栈缩容。

1. 栈初始化：在Go程序的启动时，会初始化两个全局变量用于栈空间的分配：stackpool和stackLarge。stackpool用于分配小于32KB的栈空间，而stackLarge用于分配大于32KB的栈空间。这两个全局变量与内存管理单元分配下的不同组合密切相关。
2. 栈分配：在创建新的goroutine时，会为其分配一个初始的栈空间。这个栈空间的大小通常是2KB（在Go 1.4及以后版本中）。如果栈空间较小，会从stackpool或线程的本地缓存（mcache）中进行分配。如果栈空间较大，会从stackLarge中获取。如果stackLarge也没有足够的空间，会从堆上申请一片足够大的内存空间。
3. 栈扩容：当goroutine调用的函数层级或局部变量需要的栈空间越来越多时，如果当前栈空间不足，就会触发栈扩容。栈扩容的过程包括保存一定信息、调用newstack创建新的栈、拷贝旧栈的内容到新栈、调整栈顶和栈底地址以及更新所有指向栈变量的指针地址。如果需要的栈空间大于最大栈空间，就会触发栈溢出错误。
4. 栈缩容：为了优化内存使用，Go语言还会在适当的时候进行栈缩容。栈缩容的条件是新栈大小为原有的一半且新栈空间大于2KB。栈缩容的过程与栈扩容类似，但方向相反。

栈空间管理的优化

Go语言的栈空间管理采用了多种优化技术来提高效率和减少开销：

• 分段栈与连续栈：Go语言最初使用分段栈来管理栈空间，但这种方法存在热分裂问题。为了解决这个问题，Go语言引入了连续栈机制。连续栈在栈空间不足时，会分配一个更大的栈空间并将原栈中的所有值都迁移到新栈中。这样可以避免频繁的栈分配和释放带来的额外开销。
• 本地缓存：为了提高栈内存分配效率，每个线程（P）都有一个用于栈分配的本地缓存（mcache）。这个本地缓存包含了四种规格的空闲内存块链表（2KB、4KB、8KB、16KB），用于快速分配栈空间。
• 垃圾回收信息：在进行栈复制时，Go语言会利用垃圾回收信息来更新栈中的指针地址。这可以确保在移动栈时，所有指向栈内内容的指针都能正确地指向新的地址。

总之，Go语言的栈空间管理是一个复杂而高效的过程，它结合了多种技术和优化手段来确保程序的正确性和性能。

原文地址：https://blog.csdn.net/sheji888/article/details/144681790

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！