堆和栈的区别

堆是可用于动态分配的内存区域，由程序员手动管理（或是垃圾回收机制管理）。
栈用于管理函数调用，局部变量等的高效内存区域，由操作系统自动管理。

32位系统中，进程的虚拟内存空间分布如下，栈从高地址向低地址延伸，堆从低地址向高地址分配。

栈在操作系统的底层实现：

1、线程创建的时候，操作系统将为其分配1MB的栈空间（Windows系统默认）。
2、栈的使用：只需要移动栈指针。
3、x86平台下rsp为栈顶指针，rbp为栈底指针。（注意：栈从高地址向低地址延伸）。
4、进程栈（主线程栈）在进程启动时创建。
5、操作系统管理：
（1）函数调用时先将参数压栈（先放寄存器rcx,rdx,r8,r9，call进去后参数压栈），
（2）执行call指令，将返回地址（上一级函数的下一条指令地址）压栈，
（3）创建栈帧，保存上一级函数的栈底指针，设置rbp为新函数的栈底，
（4）为局部变量分配空间（注意数据对齐，数据所在的内存地址是数据长度的整数倍），
（5）最后还原栈底指针，栈顶指针，ret指令弹出返回地址。

64位系统一个int占4字节，后续写文章全部总结一遍。

堆在操作系统的底层实现

1、小块内存分配（小于阈值，例如128KB）

• malloc维护多个arena，每个arena包含一个或多个内存块。
• 分配请求首先尝试从现有的arena中分配内存。
• 如果arena中没有足够的可用内存，malloc可能会扩展现有的arena（可能需要调用 brk或sbrk），或者创建一个新的 arena。
• 释放的内存通常不会立即返还给操作系统，而是保留在arena中，以便后续的分配请求可以重用这些内存。

2、大块内存分配（大于或等于阈值）

• malloc使用mmap系统调用分配匿名内存。
• 释放的内存通过munmap系统调用返还给操作系统。
• 注意：mmap通常用于将文件内容映射到内存中，但它也可以用于分配匿名内存（即不与任何文件关联的内存）。

问题：

Q：栈为什么适合函数调用？
A：先进后出，具有严格的顺序，函数嵌套调用不会混乱，1234调用，4321释放。

Q：当函数递归调用过深时会发生什么？
A：栈溢出，触发SIGSEGV信号，程序崩溃。

Q：为什么栈的分配速度比堆快？
A：栈只需要移动指针，堆需要查找空闲块，处理碎片和系统调用。

Q：多线程程序当中，堆和栈如何实现隔离？
A：栈是线程私有，堆是进程共享，需要同步机制加锁。