Wie kommt es zu einem „Stapelüberlauf“ und wie verhindern Sie diesen?

Wie kommt es zu einem Stapelüberlauf und wie kann am besten sichergestellt werden, dass dies nicht geschieht, oder wie kann dies verhindert werden, insbesondere auf Webservern. Andere Beispiele wären jedoch ebenfalls interessant?

Stapel

Ein Stapel ist in diesem Zusammenhang der letzte In-First-Out-Puffer, den Sie während der Ausführung Ihres Programms platzieren. Last in, first out (LIFO) bedeutet, dass das Letzte, was Sie eingeben, immer das Erste ist, was Sie wieder herausholen. Wenn Sie 2 Elemente auf den Stapel legen, 'A' und dann 'B', dann das erste, was Sie platzen lassen vom Stapel ist 'B' und das nächste ist 'A'.

Wenn Sie eine Funktion in Ihrem Code aufrufen, wird die nächste Anweisung nach dem Funktionsaufruf auf dem Stapel gespeichert und der durch den Funktionsaufruf möglicherweise überschriebene Speicherplatz. Die von Ihnen aufgerufene Funktion verbraucht möglicherweise mehr Stapel für ihre eigenen lokalen Variablen. Wenn dies erledigt ist, wird der verwendete lokale variable Stapelspeicher freigegeben und die vorherige Funktion wiederhergestellt.

Paketüberfluss

Ein Stapelüberlauf liegt vor, wenn Sie mehr Speicher für den Stapel verbraucht haben, als Ihr Programm verwenden sollte. In eingebetteten Systemen haben Sie möglicherweise nur 256 Bytes für den Stapel, und wenn jede Funktion 32 Bytes belegt, können Sie nur Funktionsaufrufe 8 tief haben - Funktion 1 ruft Funktion 2 auf, die Funktion 3 aufruft, die Funktion 4 aufruft .... wer aufruft Funktion 8, die Funktion 9 aufruft, aber Funktion 9 den Speicher außerhalb des Stapels überschreibt. Dies kann Speicher, Code usw. überschreiben.

Viele Programmierer machen diesen Fehler, indem sie die Funktion A aufrufen, die dann die Funktion B aufruft, die dann die Funktion C aufruft und dann die Funktion A aufruft. Dies funktioniert möglicherweise die meiste Zeit, aber nur einmal führt die falsche Eingabe dazu, dass sie für immer in diesem Kreis bleibt bis der Computer erkennt, dass der Stapel überblasen ist.

Rekursive Funktionen sind ebenfalls eine Ursache dafür. Wenn Sie jedoch rekursiv schreiben (dh Ihre Funktion ruft sich selbst auf), müssen Sie sich dessen bewusst sein und statische / globale Variablen verwenden, um eine unendliche Rekursion zu verhindern.

Im Allgemeinen verwalten das Betriebssystem und die Programmiersprache, die Sie verwenden, den Stapel, und es liegt nicht in Ihrer Hand. Sie sollten sich Ihr Aufrufdiagramm ansehen (eine Baumstruktur, die von Ihrem Hauptbild aus anzeigt, was jede Funktion aufruft), um zu sehen, wie tief Ihre Funktionsaufrufe gehen, und um Zyklen und Rekursionen zu erkennen, die nicht beabsichtigt sind. Absichtliche Zyklen und Rekursionen müssen künstlich überprüft werden, um Fehler zu vermeiden, wenn sie sich zu oft gegenseitig aufrufen.

Abgesehen von guten Programmierpraktiken, statischen und dynamischen Tests können Sie auf diesen High-Level-Systemen nicht viel tun.

Eingebettete Systeme

In der eingebetteten Welt, insbesondere im Code für hohe Zuverlässigkeit (Automobil, Flugzeug, Weltraum), führen Sie umfangreiche Codeüberprüfungen und -prüfungen durch, aber Sie führen auch Folgendes aus:

• Rekursion und Zyklen nicht zulassen - durch Richtlinien und Tests erzwungen
• Halten Sie Code und Stapel weit auseinander (Code in Flash, Stapel in RAM, und niemals werden sich die beiden treffen)
• Platzieren Sie Schutzbänder um den Stapel - leeren Speicherbereich, den Sie mit einer magischen Zahl füllen (normalerweise eine Software-Interrupt-Anweisung, aber hier gibt es viele Optionen), und hunderte oder tausende Male pro Sekunde sehen Sie sich die Schutzbänder an, um sicherzugehen Sie wurden nicht überschrieben.
• Verwenden Sie einen Speicherschutz (dh keine Ausführung auf dem Stapel, kein Lesen oder Schreiben direkt außerhalb des Stapels)
• Interrupts rufen keine sekundären Funktionen auf - sie setzen Flags, kopieren Daten und lassen die Anwendung sich um deren Verarbeitung kümmern (andernfalls könnten Sie 8 tief in Ihrem Funktionsaufrufbaum haben, einen Interrupt haben und dann einige weitere Funktionen innerhalb des ausführen unterbrechen, was zum Ausblasen führt). Sie haben mehrere Aufrufbäume - einen für die Hauptprozesse und einen für jeden Interrupt. Wenn Ihre Interrupts sich gegenseitig unterbrechen können ... nun, es gibt Drachen ...

Hochsprachen und Systeme

Aber in Hochsprachen laufen auf Betriebssystemen:

• Reduzieren Sie den Speicher Ihrer lokalen Variablen (lokale Variablen werden auf dem Stapel gespeichert - obwohl Compiler diesbezüglich ziemlich schlau sind und manchmal große Einheimische auf den Heap setzen, wenn Ihr Aufrufbaum flach ist).
• Rekursion vermeiden oder streng einschränken
• Teilen Sie Ihre Programme nicht zu weit in immer kleinere Funktionen auf - auch ohne lokale Variablen zu zählen, verbraucht jeder Funktionsaufruf bis zu 64 Byte auf dem Stapel (32-Bit-Prozessor, spart die Hälfte der CPU-Register, Flags usw.)
• Halten Sie Ihren Anrufbaum flach (ähnlich der obigen Aussage)

Webserver

Es hängt von der 'Sandbox' ab, ob Sie den Stapel steuern oder sogar sehen können. Die Chancen stehen gut, dass Sie Webserver wie jede andere Hochsprache und jedes andere Betriebssystem behandeln können - es liegt größtenteils nicht in Ihren Händen, aber überprüfen Sie die Sprache und den Serverstapel, die Sie verwenden. Es ist beispielsweise möglich, den Stapel auf Ihrem SQL Server zu sprengen.

-Adam

Ein Stapelüberlauf in echtem Code tritt sehr selten auf. Die meisten Situationen, in denen es auftritt, sind Rekursionen, bei denen die Beendigung vergessen wurde. Es kann jedoch selten in stark verschachtelten Strukturen auftreten, z. B. in besonders großen XML-Dokumenten. Die einzige wirkliche Hilfe besteht darin, den Code so umzugestalten, dass anstelle des Aufrufstapels ein explizites Stapelobjekt verwendet wird.

Die meisten Leute werden Ihnen sagen, dass ein Stapelüberlauf bei einer Rekursion ohne Exit-Pfad auftritt. Wenn Sie jedoch mit ausreichend großen Datenstrukturen arbeiten, hilft Ihnen selbst ein korrekter Rekursions-Exit-Pfad nicht weiter.

Einige Optionen in diesem Fall:

• Breitensuche
• Schwanzrekursion , .Net-spezifischer großartiger Blog-Beitrag (sorry, 32-Bit .Net)

Ein Stapelüberlauf tritt auf, wenn Jeff und Joel der Welt einen besseren Ort bieten möchten, um Antworten auf technische Fragen zu erhalten. Es ist zu spät, um diesen Stapelüberlauf zu verhindern. Diese "andere Seite" hätte es verhindern können, indem sie nicht verschwommen war. ;)

Unendliche Rekursion ist ein häufiger Weg, um einen Stapelüberlauffehler zu erhalten. Um zu verhindern - immer sicher, es gibt einen Ausgang Weg, wird getroffen werden. :-)

Eine andere Möglichkeit, einen Stapelüberlauf zu erzielen (zumindest in C / C ++), besteht darin, eine enorme Variable auf dem Stapel zu deklarieren.

char hugeArray[100000000];

Das wird es tun.

Normalerweise ist ein Stapelüberlauf das Ergebnis eines unendlichen rekursiven Aufrufs (angesichts der heutzutage bei Standardcomputern üblichen Speichermenge).

Wenn Sie eine Methode, Funktion oder Prozedur aufrufen, besteht die "Standard" -Methode oder der Aufruf aus:

1. Schieben Sie die Rücklaufrichtung für den Aufruf in den Stapel (das ist der nächste Satz nach dem Aufruf).
2. Normalerweise wird der Platz für den Rückgabewert im Stapel reserviert
3. Verschieben jedes Parameters in den Stapel (die Reihenfolge ist unterschiedlich und hängt von jedem Compiler ab. Einige davon werden manchmal in den CPU-Registern gespeichert, um die Leistung zu verbessern.)
4. Den eigentlichen Anruf tätigen.

In der Regel dauert dies einige Bytes, abhängig von der Anzahl und dem Typ der Parameter sowie der Maschinenarchitektur.

Sie werden dann sehen, dass der Stapel wächst, wenn Sie rekursive Aufrufe tätigen. Jetzt wird der Stapel normalerweise so im Speicher reserviert, dass er entgegengesetzt zum Heap wächst. Bei einer großen Anzahl von Aufrufen ohne "Zurückkommen" beginnt der Stapel voll zu werden.

In früheren Zeiten kann es einfach zu einem Stapelüberlauf kommen, weil Sie einfach den gesamten verfügbaren Speicher ausgelaugt haben. Bei dem virtuellen Speichermodell (bis zu 4 GB auf einem X86-System), das außerhalb des Gültigkeitsbereichs lag, suchen Sie normalerweise nach einem unendlichen rekursiven Aufruf, wenn ein Stapelüberlauffehler auftritt.

Was? Niemand liebt diejenigen, die von einer Endlosschleife umgeben sind?

do
{
  JeffAtwood.WritesCode();
} while(StackOverflow.MakingMadBank.Equals(false));

Abgesehen von der Form des Stapelüberlaufs, die Sie durch eine direkte Rekursion erhalten (z. B. Fibonacci(1000000)), ist eine subtilere Form davon, die ich oft erlebt habe, eine indirekte Rekursion, bei der eine Funktion eine andere Funktion aufruft, die eine andere aufruft, und dann eine von Diese Funktionen rufen den ersten erneut auf.

Dies kann häufig bei Funktionen auftreten, die als Reaktion auf Ereignisse aufgerufen werden, aber selbst neue Ereignisse erzeugen können, z.

void WindowSizeChanged(Size& newsize) {
  // override window size to constrain width
    newSize.width=200;
    ResizeWindow(newSize);
}

In diesem Fall kann der Aufruf von ResizeWindowdazu führen, dass der WindowSizeChanged()Rückruf erneut ausgelöst wird, wodurch ResizeWindowerneut aufgerufen wird, bis Ihnen der Stapel ausgeht. In solchen Situationen müssen Sie häufig die Reaktion auf das Ereignis verschieben, bis der Stapelrahmen zurückgekehrt ist, z. B. durch Senden einer Nachricht.

In Anbetracht dessen, dass dies mit "Hacking" gekennzeichnet war, vermute ich, dass der "Stapelüberlauf", auf den er sich bezieht, eher ein Aufrufstapelüberlauf als ein Stapelüberlauf auf höherer Ebene ist, wie in den meisten anderen Antworten hier angegeben. Es gilt nicht wirklich für verwaltete oder interpretierte Umgebungen wie .NET, Java, Python, Perl, PHP usw., in denen normalerweise Webanwendungen geschrieben sind. Ihr einziges Risiko ist also der Webserver selbst, in den wahrscheinlich geschrieben wird C oder C ++.

Schauen Sie sich diesen Thread an:

/programming/7308/what-is-a-good-starting-point-for-learning-buffer-overflow

Ich habe das Stapelüberlaufproblem neu erstellt, während ich die häufigste Fibonacci-Zahl erhalten habe, dh 1, 1, 2, 3, 5 ..... also Berechnung für fib (1) = 1 oder fib (3) = 2 .. fib (n ) = ??.

Nehmen wir für n an, wir werden interessiert sein - was ist, wenn n = 100.000 ist, was ist dann die entsprechende Fibonacci-Zahl?

Der Ein-Schleifen-Ansatz ist wie folgt:

package com.company.dynamicProgramming;

import java.math.BigInteger;

public class FibonacciByBigDecimal {

    public static void main(String ...args) {

        int n = 100000;
        BigInteger[] fibOfnS = new BigInteger[n + 1];

        System.out.println("fibonacci of "+ n + " is : " + fibByLoop(n));
    }


    static BigInteger fibByLoop(int n){

        if(n==1 || n==2 ){
            return BigInteger.ONE;
        }

        BigInteger fib = BigInteger.ONE;
        BigInteger fip = BigInteger.ONE;


        for (int i = 3; i <= n; i++){

            BigInteger p = fib;
            fib = fib.add(fip);
            fip = p;
        }

        return fib;
    }

}

das ganz einfach und Ergebnis ist -

fibonacci of 100000 is : 25974069347221724166155034021275915414880485386517696584724770703952534543511273686265556772836716744754637587223074432111638399473875091030965697382188304493052287638531334921353026792789567010512765782716356080730505322002432331143839865161378272381247774537783372999162146340500546698603908627509966393664092118901252719601721050603003505868940285581036751176582513683774386849364134573388343651587754253719124105003321959913300622043630352137565254218239986908485563740801792517616293917549634585586163007628199160811098365263529954406942842065710460449038056471363460330005208522777075544467947237090309790190148604328468198579610159510018506082649192345873133991501339199323631023018641725364771362664750801339824312317034314529641817900511879573167668349799016820118499077566864568450662873924856039140476051995500662888263458771894106803700918793650017330117100283104739474562560914449328213748555738640805798130282666402703542944121049199958031318768058991865134251759599115205631553377039969410355182752749199598022575079020377981030899229849963044962558140455170002502997643221934621653662108418767454282982613982344783665815880408190033073829395000821320093747154851310272208173054322648669496309879147143629255542526240439996153269798768075106468190687921182991679644091782718685617029181022126792674013626504997849688436809752547001310045741864064482994858725517447466956518791269169932445648176733222571493149677633458466238303338202397024368594782876418757885729107101337003000942293335972927791914092128049015459762627910570552481588840517794181929052167695766087488155678601288183543542923073978101547857013284386127286201766539534449930019800629538936985500723286651317181135886613537472684585432548981137176605194616937916884425342594781263103889520479565943807153019112539648471126389007133628569101551453423329441284357220996286746119420951661002309740709965531900508158669911445442647882872642845017253320486483194578920399848938236367456182203750973485668474338872490493370316338265717607297788917989136673251906232471180372801739215723908227692280772924566627505383375006926077210593619421268920302567443565378008318306375933345023502569729065152853271943677560156660399164048825639676930792905029514886934137991251748566670747175149389790386533381395346848378086126737554383821108448976538368483182588363399173104558509056638462025014631311831087429077292622159430204291594740306101839816855066950261973761508571761199475875722129872053120607918649803615960923395941041186351688548839119185179061511562752936158490008721501922265117853150892510275280451512386037921846921215338292871369243215273327141574788295902601571954853164447945467502858402360002383447905203451080332820138038807089807348326201227952633606773669875783326254859449060219173688677862411205621098369850197290177157801120404586491539351157834995461006366357454485082418882790675313599505192062229760153765297973085881648731173082370598284894044874039320535929359764541655607954724778620299692329561389719894679422187273605123365595211331087787582288795975803204596084790245063851941743126163775104599211024868794963417068620929088930685252348056925998333775103901013166178123051145719327066291671254465121517468025481903583516889717075706778656188008220346836321018130262329960275994035799977740462449521145315883703579044832931500072461734173558055678321534543411700202585608091662941986374015145695722728369219632295111877625307534025947814482046574602884855000628069348113982760168555840795421620575435572915106415375929390228843561207926437055600623679865443824643739469724719459965557955058380348255978396827760847315302517889517186307227611036305093600742622617173630586132915440246954329046162586917746305785076749374879923291817501634840688134655343709975893536074051729094126976575932951568186247471276364688365517570183534172746626073065104511957628663499228486787805910851189856535554349587616640164475880286336297040462890970677362565843002353147494612339120686321466370878446992104275415694109122465685712047172411333784898167640969249816334211768571503116710400681753031921154156119580425706586931272762137106974722260296555246110537155545324997508432752001992143019105053629960070429632978051030666506387862681576587726837451289768507963663710593809112254288358391941211547737599813019216509521401333060709873137329265181692268450634439540567298120315463923249817937804691037934221694952291007930299492375072993250630509428139027930841344730614116433556147640931044259184813639305423693789765205264563476483182726333715121120306292338892864879492097378478618848682608046473195392008403983080088038690495574197562192939221108257663976813610444900247209483403267967688376213967440757138872928630798218493143438797780887379588968409461434159271317578365114578289355818599029235343888888465874521308381377794436361197628390368945957601203165022798579015453447473527069728514545998614229027372911314637820455162254475353567736227936485450357102086445412089842350389087702230398493802147348096874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20719241346483349639150948130975414332442092999307514810779190023461281223301617994299306188005334145506339321393396468616164169552202164479954172431711657444713641977332048993650747678441499295480730258564429423817876415064928783617679786771585107842357026402133880188756019892340568684232155856285086455252583770106205322242449879906252634840107743224881725586022333020763999338541520153438477254429178951306370503204449177977523708719582779767996861136265322911186296311646851599346606934605575459560631558300336976340002766851512938436388860908283761411577320035275651587459065670254394379311048385713132944906049265823631089495350900826731544972263966480886180415739778884728921746189741897217007700098624496537590127270152276345108749069480122106849520630025190116559635805524291802055869042596852610474128345184667369385800277002529653563667216198836724282269339503259303909945831686655422346548570208755046175205218537215672826799034181355206029998953664701065579005321295413369244724922124363245230428951884617791223380696742339806948872705875033892283950951352091231092581590069603951563677360671090505662996035718764232479207528361608055976977787564767672105212223271848214844466312614875842260926088757643317310232637688648225946912110323677375581221334705568059580083101274816739620195835980239674144898672768458698193767837571679367232130815861910459950589709910646869194634480385741438296295471313721736698361845581445057486761243224515199433621829161914680260911217930018647880500613516031443500761892134416024880917410512322903571792054979279709245024799408426961588184426161637800447594782122408732041244211691998055726491182436619218357147628914258057718717436880003241130087048193739622950171430900984769272374988759386399425305953316078916188108635059824445789427993465149159528848697574880258233535716778648268280511408854297327881977657369660057277001625924043016886599468629837172705958098087309018201209310034300587965526947880498092054843054676110346547480672906743997636125924346377199958438628123919854702024148800768808188480878923915913694632931132768493297772016466417275872591223547844808134333280500877588552646861195769621722393086937957571658218524162043419723839899327348034292623407223381551022091012629492497424232716988420232973032601617905756731112354658902982983131151236076067739689981538122869996420146098525797936912460163460887623212862056342159014791886321946596374834825642916162785329482393132294402310432772887681395502133482663886874532592815878545038909915619496324788550350902893909737189880039990261320158726786378730956781096253110080544894188579835659020636806996431650339120299443277267708693052407184165920700961392864019667257500870122181497331336958096003697517649513500402859262492033981110149532275336218445007443315624345324842179861083462613458975912348399707518542232816771872159568272432459108290198863903697845426225669125427470560975679848571366236790238784781612014779829390805131502581745237735295101652969345627861222411507835877553733483727644398380820006672147400344663227769189369676128789834889420946881023084270364528545049667596973188360444967028531906373969163579809288657199353977234954867871804164014152814894437850362910715178052858575839877111454742401564164771941163913549354667555935926088492005463846854030280809364172505836533680934072253108208447235702268098269514261624512040407115014487478561999228146645658939384880286438223138498523284523606670458051136796637510392481633361732745472757756368109773445392758275605974251607054686896577945305216023159398657809748015154149870977780787053570580084723768924221897503127585271401731176212798987449584061998439133656802977212087519349885044997139142851580323248230213406303125860726245416377652345055220510863182853596585207081733927095664450114040551065790550374177803933516583609045430477214222818168325396136349825252152322576909202542164096574526180660517779015929028842405999988827536919575401169546961522704012808575797661547221929256559639918209488946426575122887663303021337463674492174493516371047257329808328127264681877593565842183835947027920136639076897417389622525757826639908097926470114075803678505993818871845600946958332707751261812820153910417739509182441375619999378192403624695582359241714787027794484431087519018074141102903707060520851629757983617542510416422448675773507563380188953792631833898559559565278572279261555244947393636655339045286562154642883431622829211232904518422125328881014158840616199391950422300598983499665694635801868167170748188232158486477343867809115646607551753855522244285240494680336922999893007839000206901215177406964285739301969105009882785230537976379402579689532951124361667789105855572133817890899454539479159273749586002682378444868720372434888346168562900978505324970369333619424398028823643235538082080038757417109692897254998785662530488670330951505184521269449892515963920794214526065085160523256148619382824898380008150853515646427617008320964831179444019717801492133453359033366723767192297220699707660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Ein anderer Ansatz, den ich angewendet habe, ist Divide and Concur per Rekursion

dh Fib (n) = fib (n-1) + Fib (n-2) und dann weitere Rekursion für n-1 & n-2 ..... bis 2 & 1. programmiert als -

package com.company.dynamicProgramming;

import java.math.BigInteger;

public class FibonacciByBigDecimal {

    public static void main(String ...args) {

        int n = 100000;
        BigInteger[] fibOfnS = new BigInteger[n + 1];

        System.out.println("fibonacci of "+ n + " is : " + fibByDivCon(n, fibOfnS));

    }


    static BigInteger fibByDivCon(int n, BigInteger[] fibOfnS){

        if(fibOfnS[n]!=null){
            return fibOfnS[n];
        }

        if (n == 1 || n== 2){
            fibOfnS[n] = BigInteger.ONE;
            return BigInteger.ONE;
        }

        // creates 2 further entries in stack
        BigInteger fibOfn = fibByDivCon(n-1, fibOfnS).add( fibByDivCon(n-2, fibOfnS)) ;

        fibOfnS[n] = fibOfn;

        return fibOfn;

    }

}

Wenn ich den Code für n = 100.000 ausgeführt habe, ist das Ergebnis wie folgt:

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
    at com.company.dynamicProgramming.FibonacciByBigDecimal.fibByDivCon(FibonacciByBigDecimal.java:29)
    at com.company.dynamicProgramming.FibonacciByBigDecimal.fibByDivCon(FibonacciByBigDecimal.java:29)
    at com.company.dynamicProgramming.FibonacciByBigDecimal.fibByDivCon(FibonacciByBigDecimal.java:29)

Oben sehen Sie, dass der StackOverflowError erstellt wurde. Der Grund dafür ist zu viele Rekursionen als -

        // creates 2 further entries in stack
        BigInteger fibOfn = fibByDivCon(n-1, fibOfnS).add( fibByDivCon(n-2, fibOfnS)) ;

Jeder Eintrag im Stapel erstellt also 2 weitere Einträge und so weiter ... was dargestellt wird als -

Schließlich werden so viele Einträge erstellt, dass das System den Stapel nicht verarbeiten kann und StackOverflowError ausgelöst wird.

Zur Vorbeugung: Für die obige Beispielperspektive - 1. Vermeiden Sie die Verwendung des Rekursionsansatzes oder reduzieren / begrenzen Sie die Rekursion erneut um eine Ebenenteilung, z. B. wenn n zu groß ist, und teilen Sie dann das n, damit das System mit seiner Grenze umgehen kann. 2. Verwenden Sie einen anderen Ansatz, wie den Loop-Ansatz, den ich im ersten Codebeispiel verwendet habe. (Ich beabsichtige überhaupt nicht, Divide & Concur oder Recursion zu verschlechtern, da dies legendäre Ansätze in vielen der bekanntesten Algorithmen sind. Meine Absicht ist es, die Rekursion zu begrenzen oder von ihr fernzuhalten, wenn ich Probleme mit dem Stapelüberlauf vermute.)