WebAssembly 堆栈/堆栈指针初始化和内存布局答案

【问题标题】：WebAssembly stack / stack pointer initialization and memory layoutWebAssembly 堆栈/堆栈指针初始化和内存布局
【发布时间】：2017-09-24 06:04:55
【问题描述】：

我目前正在玩弄通过 LLVM 编译的 WebAssembly，但我还没有设法理解堆栈/堆栈指针以及它与整体内存布局的关系。

我了解到我必须使用s2wasm 和--allocate-stack N 来使我的程序运行，我认为这基本上是将(data (i32.const 4) "8\00\00\00")（N=8）添加到我生成的废品中，二进制部分显然是指向内存偏移量的指针，i32 常量是它在线性内存中的偏移量。

不过，我不太明白的是，为什么指针的值为56（N=8）以及该值与内存中堆栈的确切区域的关系，在我的情况下，当前看起来像：

0-3: zero 4-7: 56 7-35: other data sections 36-55: zeroes 56-59: zero

我知道我可能更适合“只使用 emscripten”，但我也想了解这一点。

堆栈指针是否始终存储在线性内存中的偏移量 4 处？
它的初始值是如何计算的？（与数据后的下一个偏移量%16==0 + N 对齐？）
之前存储了什么，之后它指向的偏移量是什么？

【问题讨论】：

标签： webassembly

【解决方案1】：

我在another question 中谈到了这一点。从 C++ 的堆栈中，实际上有 3 个地方的值可以结束：

在执行堆栈上（每个操作码都推送和弹出值，因此add 弹出 2 然后推送 1）。
作为本地人。
在Memory。

请注意，您不能使用 1. 和 2 的地址。只有在这些情况下，我才希望代码生成器与 3 一起使用。WebAssembly 并不规定如何完成此操作，这取决于您使用的任何 ABI选择。 Emscripten 和其他工具所做的是将堆栈指针存储在地址4，然后在程序的早期，他们选择堆栈应该去的位置。必须始终为 4，但始终坚持使用该 ABI 会更简单，尤其是在涉及动态链接的情况下。

关于初始值：该位置必须足够大以容纳整个堆栈，并且malloc 的实现必须知道它，因为它无法在其上分配堆空间。这就是为什么某些工具允许您指定最大尺寸的原因。

任何东西都可以存储在之前/之后（尽管之后您可能会有先前的堆栈值）。 WebAssembly 目前没有保护页，因此耗尽内存堆栈将破坏堆值（除非代码生成器也发出堆栈检查）。这就是“内存安全”，因为它仍然无法逃脱WebAssembly.Memory，因此浏览器无法拥有，但开发人员自己的代码可以完全拥有。构建在 WebAssembly 之上的内存安全语言必须在 WebAssembly.Memory 内强制执行内存安全。

请注意，我没有解释 1. 和 2。它们的存在意味着大多数 C++ 程序在 WebAssembly 中使用的内存中堆栈比原生 C++ 程序使用堆栈要少。

【讨论】：

感谢您的详细解答。我想做的是自己创建一个小运行时来运行一些我用 cmake -> s2wasm -> wast2wasm 编译的超级基本 C 代码。正如您所指出的， malloc 需要知道堆栈的位置，以便它不会分配它。但是它怎么知道呢？假设在使用 binaryen 工具链时，初始堆栈指针值指向 VM 应将堆栈值放置在的最大偏移量（排他性）是否正确 - 并且 malloc 可以使用超出该偏移量的所有内容？
链接器输出__stack_pointer，如果您指定堆栈分配大小，它还会输出一个名为.stack 的重定位，带有该值。不过，这不是唯一的方法，如果您自己动手，我建议您查看tool-conventions，其中建议使用全局堆栈指针。
单独使用 clang/s2wasm/wasm-as 是否可以产生这样的全局？我现在以int stacktop() { int* ptr; return (int)&ptr + sizeof(int*); } 结尾，这可能就像一个从 JS 背景来到 WebAssembly 的人所期望的一样愚蠢。但无论如何，感谢您的耐心等待！
我的意思是WebAssembly binary sense 中的“全局”。这没有来自 C++ 的直接映射：我希望 C++ 全局变量是简单的堆值，除非编译器可以证明地址永远不会转义。