JPH04266141A - スタックオーバーフロー検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセッサにおいて、
スタックの最終書込位置を示すスタックポインタが所定
領域を越えたことを検出するスタックオーバーフロー検
出方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、多くのプロセッサでは、割り込み
に応じたデータの退避処理、サブルーチンコール命令の
実行に伴う戻り番地の退避処理その他をその退避先の領
域の番地を逐次指定せずに円滑に行うために、スタック
ポインタの指示に応じてラストイン・ファーストアウト
方式でアクセス可能なスタックを備える。

【０００３】このようなプロセッサでは、各プログラム
の実行時に使用されるスタックのサイズは、上述のよう
に、各プログラムにおけるサブルーチンコールのネステ
ィング回数、そのプログラムの処理と非同期に発生する
割り込み要因の数その他に応じて決定されるために、そ
の算定は容易ではない。また、近年、開発される多くの
プログラムでは、そのサイズが従来より大きいために、
このようなスタックのサイズの算定時に考慮すべき要因
も多くなり、その見積りが難しくなっている。

【０００４】しかし、算定されたスタックのサイズが不
足であると、スタックに対するアクセス（以下、このア
クセスを行うプログラムを「自プログラム」という。）
が予め割り付けられた領域を超えた隣接メモリ領域に対
して行われる（本明細書では、このようなアクセス動作
を「スタックオーバーフロー」という。）。このような
場合には、その隣接メモリ領域に正規にアクセスする他
のプログラム（以下、「他プログラム」という。）が自
プログラムが不正規に書き込んだデータを参照したり、
自プログラムが他プログラムによって正規に書き込まれ
た領域の内容を参照するタイミングが生じ、各プログラ
ムが不正常に実行され得る。しかし、このようにして参
照されたデータが偶然にもソフトウエア上で矛盾を生じ
させないものである場合には、これらのプログラムは外
見上何ら異常なく動作する。さらに、このような外見上
のみの正常動作が高い確率で行われる場合には、スタッ
クの割り当てサイズ不足は、潜在的な障害として長期間
に渡って認識されずに放置されたり、上述の矛盾が生じ
て異常動作が行われてもその動作が突発的あるいは単発
的に発生するために、その実体は把握され難い場合が多
かった。

【０００５】従来、このようなスタックオーバーフロー
の検出方法としては、第一に、運用中のシステムにおい
て、例えば、周期的に起動される監視タスクにより、ス
タックポインタの正否を監視する方法がある。また、第
二の方法として、運用中のシステムにおいて、専用のハ
ードウエアによりスタックポインタの正否を常時監視し
、不正メモリアクセスと同様の割り込み信号を用いて、
スタックオーバーフローをソフトウエアに通知する方法
がある。さらに、第三の方法として、デバッグ中その他
の非運用中のシステムにおいて、初期設定時にスタック
およびその周辺の領域に特定のビットパターンを書き込
み、所定のタイミングにプログラムの実行を停止させ、
そのスタック周辺のメモリの内容をダンプすることによ
り、そのスタックの全領域が更新されているか否かを判
断する方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のスタックオーバーフローの検出方法の内、第一の
方法では、監視タスクの監視タイミングがプログラムの
実行に応じたスタックポインタの更新タイミングと非同
期であるために、短時間にのみ発生するスタックオーバ
ーフローを検出することが難しかった。また、その検出
確度は監視タスクの起動周期を短くすることによって向
上できるが、これに伴い頻繁に起動される監視タスクに
よってプロセッサの処理時間の多くが消費され、プログ
ラム（ソフトウエア）が過負荷状態に陥る場合が多かっ
た。

【０００７】また、第二の方法では、スタックオーバー
フローの検出が、ほぼ実時間で確実に行われるが、その
検出を行うために専用のハードウエアが必要であり、か
つ不正メモリアクセスとして通知される割り込み要因に
対応して専用のエラー処理が必要となるために、ハード
ウエアおよびソフトウエアの両面でプロセッサの汎用性
を欠くものであった。

【０００８】さらに、第三の方法では、スタックが最大
に消費された後でなければ、ダンプされたスタック周辺
のメモリの内容からスタックオーバーフローの発生の有
無を確実に判定できないために、事前にそのような実行
過程を正確に把握し、確実に実行させる必要があった。 しかし、そのような実行過程の算出、その実行過程に対
応した実行条件の設定その他に必要な操作は、必ずしも
容易ではなかった。また、オペレーティングシステムそ
の他によりスタックがダイナミックに割り付けられるシ
ステムでは、割り付けられたスタックの物理番地および
その境界点が容易に判別できないために、この方法を適
用できない場合が多かった。

【０００９】本発明は、汎用のハードウエアを用い、ソ
フトウエアの過負荷を避けて確実にスタックオーバーフ
ローを検出できるスタックオーバーフロー検出方式を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理ブ
ロック図である。本発明は、ラストインファーストアウ
ト方式によりアクセスされるスタック１１と、スタック
１１の最終書込位置を示すスタックポインタが、スタッ
ク１１に予め割り付けられた領域を越えたか否かを検出
する検出手段１３とを備えたスタックオーバーフロー検
出方式において、スタック１１へのアクセス時に更新さ
れるスタックポインタがそれ以前のスタックポインタの
上限値を越えたときに、そのスタックポインタを新たな
上限値として保持する保持手段１５を備え、検出手段１
３は、所定のタイミングで保持手段１５に保持されてい
るスタックポインタの上限値を検査する構成であること
を特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明は、スタックポインタがスタック１１に
書き込みが行われる度に更新され、保持手段１５が、そ
のスタックポインタがそれ以前のスタックポインタの上
限値を越えると、そのスタックポインタを新たな上限値
として保持する。検出手段１３は、所定のタイミングで
保持手段１５に保持されているスタックポインタの上限
値を検査するので、従来例のように、スタックポインタ
を頻繁に監視せず、かつ割り込み機構その他の専用ハー
ドウエアを用いなくても、スタックポインタの値が予め
割り付けられた領域を越えたか否かを確実に検出できる
。

【００１２】したがって、汎用のハードウエアを用いて
ソフトウエアの過負荷を避けつつ、確実にスタックオー
バーフローを検出することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図２は、本発明の一実施例を示す図
である。図において、プロセッサ２０は、従来のプロセ
ッサと同様に、所定の命令セットに基づいて与えられた
プログラムを実行する演算回路、記憶回路、これらの制
御を行う制御回路その他を含む制御・演算部２１と、上
述の記憶回路上に配置されたスタックにそのスタックポ
インタを与えるスタックポインタレジスタ（ＳＰ）２２
とを備える。

【００１４】本発明の特徴とする構成は、本実施例では
、スタックポインタレジスタ２２の上限値としてその最
小値を保持するスタック上限値レジスタ（ＳＰＵ）２３
およびその内容とスタックポインタレジスタ２２の内容
とを比較する比較部２４が制御・演算部２１の下に配置
され、比較部２４の出力が、その出力に応じてスタック
ポインタレジスタ２２とスタック上限値レジスタ２３と
の何れか一方の内容を選択し、スタック上限値レジスタ
２３に与える選択部２５を備えた点にある。

【００１５】なお、本実施例と図１に示すブロック図と
の対応関係については、制御・演算部２１はスタック１
１および検出手段１３に対応し、スタック上限値レジス
タ２３、比較部２４および選択部２５は保持手段１５に
対応する。このような構成のプロセッサ２０では、制御
・演算部２１は、その命令セットにスタック上限値レジ
スタ２３と所定レジスタおよび記憶回路との間のデータ
転送命令が付加され、かつスタック上限値レジスタ２３
を割り込み処理の起動およびその処理の終了に伴うデー
タの退避・復元の対象とする。すなわち、スタック上限
値レジスタ２３は、ソフトウエア上において他のレジス
タとほぼ同様の取扱いを可能とすることにより、プログ
ラムによる制御の可能性とその汎用性が保たれる。

【００１６】また、比較部２４は、例えば、スタックポ
インタレジスタ２２に対するデータの転送、サブルーチ
ンへの分岐、サブルーチンから上位ルーチンへの復帰、
割り込み処理の起動に伴う各レジスタの内容の退避・復
元処理のようなスタックポインタレジスタ２２の内容が
更新される場合には、制御・演算部２１から与えられる
指令に応じて、その更新後の内容とスタック上限値レジ
スタ２３の内容との比較し、その結果を出力する。選択
部２５は、その比較結果に応じてスタックポインタレジ
スタ２２の値とスタック上限値レジスタ２３の値との内
、小さい方をスタック上限値レジスタ２３に転送し、そ
の内容を更新する。

【００１７】すなわち、スタックポインタレジスタ２２
の値はプログラムの実行に応じて図３に細線で示すよう
に変化するが、スタック上限値レジスタ２３には、図３
に太線で示すように、スタックポインタレジスタ２２の
上限値が常時設定される（図３ｔ１　〜ｔ１２）。とこ
ろで、このような構成のプロセッサ上で動作するマルチ
タスクオペレーティングシステム（以下、「ＯＳ」とい
う。）では、そのＯＳによって起動されるタスク毎にス
タックが管理される。

【００１８】図４は、スタック管理テーブルの構成例を
示す図である。図５は、ＯＳの動作を説明する図である
。以下、図２〜図５を参照して、スタックオーバーフロ
ーの検出動作について説明する。ＯＳは、システムの始
動に際して所定の初期化処理を行い（図５■）、その処
理において、例えば、図４に示すスタック管理テーブル
に、各タスクａ、ｂ、…に対応して、それぞれ割り付け
るべきスタックの先頭アドレスＳＡａ、ＳＡｂ、…と、
これらの領域のサイズＳＳａ、ＳＳｂ、…とを登録する
。

【００１９】このような初期化処理が完了すると、ＯＳ
は、例えば、タスクａを起動して（図５■）システムの
運用を開始する。ＯＳは、その起動処理において、上述
のスタック管理テーブルを参照し、起動されるタスクａ
に割当られたスタックの先頭アドレスＳＡａ　をスタッ
クポインタレジスタ２２およびスタック上限値レジスタ
２３に設定する。また、タスクａの実行中におけるスタ
ック上限値レジスタ２３には、上述のようにスタックポ
インタレジスタ２２の上限値が逐次保持される。

【００２０】タスクａの処理が何らかの要因により中断
（終了）する（図５■）と、ＯＳは、タスクａに割り当
てたスタックの境界点のアドレス（＝ＳＡａ−ＳＳａ）
を算出し、その値とタスクａの実行中にスタック上限値
レジスタ２３に設定された最終値との大小判定を行う。 ＯＳは、その判定結果に基づいて、スタックオーバーフ
ローの有無を認識する。

【００２１】ＯＳは、このような判定処理によりスタッ
クオーバーフローが検出されない場合には、各タスクの
プライオリティ、タスク相互間の同期関係その他に応じ
て選定される他のタスクｂ、ｃ、…を逐次起動し（図５
■、■、…）、これらのタスクの処理が中断（終了）す
る（図５■、■、…）度に、同様の方法によりスタック
オーバーフローの有無を判定する。

【００２２】このように、各タスクの実行中には、スタ
ック上限値レジスタ２３は、スタックポインタレジスタ
２２がとる値の上限値を漏れなく確実に検出して保持す
るので、例えば、タスクｃの実行中に一時的にスタック
オーバーフローが発生した（図５■）場合には、ＯＳは
、そのタスクの処理が中断（終了）してプロセッサ２０
の制御権が回復した（図５■）状態でそのスタックオー
バーフローを確実に検出する。

【００２３】なお、本実施例では、各タスクの実行が中
断（終了）してプロセッサの制御がＯＳに移行した時に
スタックオーバーフローの検出を行っているが、スタッ
クポインタレジスタ２２の上限値が確実に保持されてい
るタイミングであれば、例えば、監視タスクその他によ
ってその検出処理を行ってもよい。また、スタックオー
バーフローに対応したＯＳの動作については、システム
の仕様に応じて種々の方法をとることができるが、例え
ば、図５■に示すように、所定の異常処理を行った後に
運用停止としてもよい。

【００２４】さらに、スタックに対する書き込み・読み
出し動作に対応したスタックポインタレジスタ２２の値
の変化はプロセッサの機種によって異なるので、例えば
、本実施例と反対に書き込み時にその値が増加する場合
には、スタック上限値レジスタ２３にはスタックポイン
タレジスタ２２の上限値としてその最大値を保持し、そ
の値と各タスクの実行中にスタック上限値レジスタ２３
に設定された最終値との大小判定の結果を本実施例と反
対に解釈すればよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、保持手
段がスタックポインタの上限値を検出して保持し、検出
手段は、所定のタイミングでその上限値を検査するので
、従来例のようにスタックポインタを頻繁に監視せず、
かつ専用のハードウエアを用いなくても、スタックポイ
ンタがスタックに予め割り付けられた領域を越えたか否
かを確実に検出できる。

【００２６】すなわち、ハードウエアの汎用性を保ち、
かつソフトウエアの過負荷状態を回避してスタックオー
バーフローを確実に検出できるので、デバック中のシス
テムではデバッグ作業の効率化がはかられ、運用中のシ
ステムではその信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す図である。

【図３】スタックポインタレジスタとスタック上限値レ
ジスタの値の変化を示す図である。

【図４】スタック管理テーブルの構成例を示す図である
。

【図５】ＯＳの動作を説明する図である。

【符号の説明】

１１　　スタック １３　　検出手段 １５　　保持手段 ２０　　プロセッサ ２１　　制御・演算部 ２２　　スタックポインタレジスタ（ＳＰ）２３　　ス
タック上限値レジスタ（ＳＰＵ）２４　　比較部 ２５　　選択部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ラストインファーストアウト方式によ
   りアクセスされるスタック（１１）と、前記スタック（
   １１）の最終書込位置を示すスタックポインタが、前記
   スタック（１１）に予め割り付けられた領域を越えたか
   否かを検出する検出手段（１３）とを備えたスタックオ
   ーバーフロー検出方式において、前記スタック（１１）
   へのアクセス時に更新されるスタックポインタがそれ以
   前のスタックポインタの上限値を越えたときに、そのス
   タックポインタを新たな上限値として保持する保持手段
   （１５）を備え、前記検出手段（１３）は、所定のタイ
   ミングで前記保持手段（１５）に保持されているスタッ
   クポインタの上限値を検査する構成であることを特徴と
   するスタックオーバーフロー検出方式。