Warum ist die Größe von Stapeln begrenzt, während Heaps scheinbar unbegrenzt sind?

Beschränkungen der Stapelspeichergröße: Technische Überlegungen

Der Stapel, eine grundlegende Datenstruktur in der Datenverarbeitung, zeichnet sich typischerweise durch seine begrenzte Größe im Vergleich zu aus der Haufen. Während der Heap scheinbar unbegrenzte Speicherzuweisung bietet, ist die Größe des Stapels normalerweise auf etwa 1 MB beschränkt. Dies wirft die Frage auf: Welche technischen Faktoren tragen zu dieser Ungleichheit bei?

Eine Hypothese besagt, dass die eingeschränkte Größe des Stapels auf seine im Vergleich zum Heap inhärente Verwaltungskomplexität zurückzuführen ist. Der Stapel benötigt für seinen Betrieb kontinuierliche Speicherplätze. Im Gegensatz zum Heap kann er Speicher nicht nach Bedarf zufällig zuweisen, sondern muss zu diesem Zweck virtuelle Adressen reservieren. Je größer der reservierte virtuelle Adressraum ist, desto weniger Threads können erstellt werden.

Beispielsweise begrenzt in einer 32-Bit-Anwendung mit einem virtuellen Adressraum von 2 GB eine Stapelgröße von 2 MB (wie in pthreads) die maximale Anzahl Anzahl der Threads auf 1024. Diese Beschränkung kann für Anwendungen wie Webserver, die eine große Anzahl von Threads erfordern, problematisch werden. Eine Erhöhung der Stapelgröße auf 100 MB würde zwar nicht sofort die volle Menge zuweisen, aber das Thread-Limit weiter auf etwa 20 reduzieren. Solche Einschränkungen können selbst einfache GUI-Anwendungen behindern.

Seltsamerweise bleibt die gleiche Einschränkung auch bei 64-Bit bestehen Plattformen, auf denen ausreichend virtueller Adressraum vorhanden ist. Um dies zu erklären, spekulieren einige, dass etablierte „Stack-Best Practices“ die mangelnde Unterstützung großer Stacks auf 64-Bit-Systemen beeinflusst haben. Entwickler sind es gewohnt, große Objekte auf dem Heap zuzuweisen und die Stapelgröße bei Bedarf manuell zu erhöhen. Infolgedessen ist auf 64-Bit-Architekturen kein Bedarf für eine „große“ Stack-Unterstützung entstanden.

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