栈的作用

ARM 处理器程序运行的过程

ARM 芯片属于精简指令集计算机(RISC： Reduced Instruction Set Computing)，它所用的指令比较简单，有如下特点：

1. 对内存只有读、写指令
2. 对于数据的运算是在 CPU 内部实现
3. 使用 RISC 指令的 CPU 复杂度小一点，易于设计

比如对于 a=a+b 这样的算式，需要经过下面 4 个步骤才可以实现：

cpu 内部结构：cotex-a7 处理器模式 以及通用寄存器组

CPU 运行时，先去取得指令，再执行指令：
① 把内存 a 的值读入 CPU 寄存器 R0
② 把内存 b 的值读入 CPU 寄存器 R1
③ 把 R0、 R1 累加，存入 R0
④ 把 R0 的值写入内存 a

以上步骤完成了a+b的计算。

程序被中断时，怎么保存现场

当执行到一半时（比如刚把a、b读到R0、R1），中断发生了（或是调用函数、线程调度等等情况），cpu需要立即执行别的程序（别的程序也会用到 R0、R1啊，到时候数据就丢失了），所以在调度到新的执行单位时 必须将R0、R1保存起来（写到栈里，其实保存的不止R0、R1，还有指令寄存器PC 其它等等）。

栈

栈说白了就是一段内存，用来给应用程序存储数据。

线程（中断）的调度方式

以下时线程调度时的示意图：
在线程 A 执行时，中断B发生，那么在跳转 B之前的瞬间需要把线程 A 的 CPU 寄存器的值，保存到栈里；再去执行线程 B；
线程B恢复线程A时也是同样的道理

在cpu执行程序中 函数调用、或是线程切换、发生中断等等情况下 ，都需要保护当前的现场，以保证能完整的还原。
保护现场： 将cpu 内部寄存器中的数据保存到栈中。
恢复现场： 将栈中的数据恢复到cpu 内部寄存器。

在操作系统中有以下几种情况会使用到栈：

a. 函数调用：
在函数 A 里调用函数 B，实际就是中断函数 A 的执行。
那么需要把函数 A 调用 B 之前瞬间的 CPU 寄存器的值，保存到栈里；
再去执行函数 B；
函数 B 返回之后，就从栈中恢复函数 A 对应的 CPU 寄存器值，继续执行。

b. 中断处理
进程 A 正在执行，这时候发生了中断。
CPU 强制跳到中断异常向量地址去执行，
这时就需要保存进程 A 被中断瞬间的 CPU 寄存器值，
可以保存在进程 A 的内核态栈，也可以保存在进程 A 的内核结构体中。
中断处理完毕，要继续运行进程 A 之前，恢复这些值。

c. 进程切换
在所谓的多任务操作系统中，我们以为多个程序是同时运行的。
如果我们能感知微秒、纳秒级的事件，可以发现操作系统时让这些程序依次执行一小段时间，进程 A 的时间用完了，就切换到进程 B。
怎么切换？
切换过程是发生在内核态里的，跟中断的处理类似。
进程 A 的被切换瞬间的 CPU 寄存器值保存在某个地方；
恢复进程 B 之前保存的 CPU 寄存器值，这样就可以运行进程 B 了。

所以，在中断处理的过程中，伴存着进程的保存现场、恢复现场。
进程的调度也是使用栈来保存、恢复现场：

总结

每个函数都有自己的栈，每个线程都有自己的栈。

在多线程任务模式，栈显得尤为重要。进程是cpu 分配资源的最小单位，线程是cpu 调度的最小单位，一个进程中可以有多个线程，它们虽然共用代码段、数据段（全局变量、静态变量等等）、堆等等，但是它们有属于自己的栈。这就保证了在调度的时候不会发生错误。