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OSX 下 makecontext 调用死循环的原因

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在 OSX 下使用 makecontext 官网文档的例子的时候，发现会进入一个死循环：

下面是完整代码（附注释）：

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#define _XOPEN_SOURCE
#include <ucontext.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

static ucontext_t uctx_main, uctx_func1, uctx_func2;

#define handle_error(msg) \
   do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

static void
func1(void)
{
   printf("func1: started\n");
   printf("func1: swapcontext(&uctx_func1, &uctx_func2)\n");
   if (swapcontext(&uctx_func1, &uctx_func2) == -1)
       handle_error("swapcontext");
   printf("func1: returning\n");
}

static void
func2(void)
{
   printf("func2: started\n");
   printf("func2: swapcontext(&uctx_func2, &uctx_func1)\n");
   if (swapcontext(&uctx_func2, &uctx_func1) == -1)
       handle_error("swapcontext");
   printf("func2: returning\n");
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
   // 16384 16K 
   char func1_stack[16384];
   char func2_stack[16384];

   if (getcontext(&uctx_func1) == -1)
       handle_error("getcontext");
   uctx_func1.uc_stack.ss_sp = func1_stack;
   uctx_func1.uc_stack.ss_size = sizeof(func1_stack);
   uctx_func1.uc_link = &uctx_main;
   makecontext(&uctx_func1, func1, 0);

   // 1. 初始化 uctx_func2 上下文环境，这个上下文恢复的时候，rip 指向 getcontext 汇编之后的下一条指令。
   if (getcontext(&uctx_func2) == -1)
       handle_error("getcontext");
   // 2. uctx_func2 的 rip 如果没有被成功修改为 func2，将 uctx_func2 上下文恢复的时候，会从下面这一行开始执行。因为 getcontext 的调用是成功的。
   uctx_func2.uc_stack.ss_sp = func2_stack;
   uctx_func2.uc_stack.ss_size = sizeof(func2_stack);
   /* Successor context is f1(), unless argc > 1 */
   uctx_func2.uc_link = (argc > 1) ? NULL : &uctx_func1;

   // 3.调用失败，但是不会有任何报错信息，也没有返回值。
   // 如果调用成功，uctx_func2 的 rip 指向的是 func2，从而在恢复 uctx_func2 的时候，去执行 func2 函数。
   makecontext(&uctx_func2, func2, 0);

   printf("main: swapcontext(&uctx_main, &uctx_func2)\n");
   // 4. 保存当前上下文到 uctx_main 中，还原到上下文 uctx_func2。
   // 5. 由于 uctx_func2 指向 getcontext 的下一条指令，所以会从 `uctx_func2.uc_stack.ss_sp = func2_stack;` 这一行继续执行，进入一个死循环。
   if (swapcontext(&uctx_main, &uctx_func2) == -1)
       handle_error("swapcontext");

   printf("main: exiting\n");
   exit(EXIT_SUCCESS);
}

当在 OSX 下执行的时候，会无限输出 main: swapcontext(&uctx_main, &uctx_func2)。

详细解答在: https://stackoverflow.com/questions/40299849/context-switching-is-makecontext-and-swapcontext-working-here-osx

OSX 的 makecontext 里面实现存在的问题：

源码：https://github.com/Apple-FOSS-Mirror/Libc/blob/2ca2ae74647714acfc18674c3114b1a5d3325d7d/x86_64/gen/makecontext.c

MINSIGSTKSZ 过大（32K），我们设置的栈大小只有 16K。

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else if ((ucp->uc_stack.ss_sp == NULL) ||
    (ucp->uc_stack.ss_size < MINSIGSTKSZ)) {
    /*
     * This should really return -1 with errno set to ENOMEM
     * or something, but the spec says that makecontext is
     * a void function.   At least make sure that the context
     * isn't valid so it can't be used without an error.
     */
    ucp->uc_mcsize = 0;
}

总结来说就是：

  1. OSX 下的 MINSIGSTKSZ 为 32K，然后 OSX 里面的 makecontext 实现判断 ucontext_t 的栈大小小于 MINSIGSTKSZ 的时候，会直接返回，但是这个时候我们的调用是失败的， 因为成功的 makecontext 调用应该会将 ucontext_t 里面的 rip 修改为 func2 的地址。（rip 是保存下一条需要执行的指令的地址的寄存器）。

  2. getcontext 的作用是初始化一个 ucontext_t，初始化之后，这个 ucontext_t 指向 getcontext 调用的下一条指令（汇编层面的指令）。

结果就导致当我们调用 swapcontext 的时候，使用 uctx_func2 来恢复上下文环境的时候，实际上执行的是 getcontext 的下一条指令。然后后面调用 makecontext 仍然失败，从而无限循环。

解决方法

将栈的大小设置为 32K 或者更大，也就是把源码里面的 16384 修改为 32768。