为什么一般操作系统中应用程序的栈空间都要设最大值，不支持动态扩展？
首先，咱得明白这栈（Stack）是干嘛的。你可以把它想象成一个先进后出（LIFO）的仓库，专门给函数调用服务。每次函数被调用，它的局部变量、函数参数以及返回地址都会压栈，就像往仓库里放东西。函数执行完了，这些东西就从栈顶弹出，释放掉。
那么，为什么这栈空间不像堆那样可以灵活伸缩呢？
1. 设计的简洁性与效率：
堆内存的管理需要维护一个复杂的数据结构来跟踪已分配和空闲的内存块，这会引入额外的开销。而栈的管理则非常简单高效——它本质上就是一个指针，指向栈顶。压栈就是指针向下移动，弹栈就是指针向上移动。这种“就近分配”和“就近释放”的方式，使得栈操作的速度非常快，几乎没有额外的管理成本。如果栈支持动态扩展，那么每次扩展都需要重新分配一块更大的内存空间，然后将旧栈的内容复制过去，这个过程会非常慢，而且容易出错。想象一下，一个正在运行的函数，它的栈突然要扩容，这会打断正常的执行流程，带来难以预料的问题。
2. 避免栈溢出的风险和管理成本：
虽然动态扩展可以避免栈空间不足的问题，但它也带来了新的挑战。如果栈无限制地动态扩展，理论上它可以一直增长，直到耗尽整个系统的内存。这不仅会影响其他程序，甚至可能导致系统崩溃。为了防止这种情况，操作系统需要为动态扩展的栈设置一个上限，但这又回到了“预设最大值”的原点，而且管理动态上限的开销会比固定最大值大得多。
反过来，预设一个固定的最大栈空间，虽然存在栈溢出的可能性（函数调用太深或者局部变量太大），但这种风险是可控且可预测的。开发者可以通过代码审查、性能测试等方式来规避。而且，一旦确定了最大值，内存的分配和管理就变得非常简单。操作系统知道为这个进程分配多少栈空间就够了，不需要为它预留无限增长的可能性。
3. 函数调用的本质：
函数调用本身是一种结构化的、可预测的操作。一个函数有多少局部变量，它会调用多少子函数，这些在编译时或运行时是可以被估算的。通过设定一个合理的固定最大值，可以覆盖绝大多数正常的函数调用场景。对于那些确实需要极大栈空间的特殊情况（比如深度递归），开发者通常会选择其他方式，比如将大型数据结构移到堆上，或者修改算法来减少递归深度。
4. 内存的区域划分与访问安全性：
现代操作系统会将进程的虚拟地址空间划分为多个区域，包括代码段、数据段、堆段和栈段。每个区域都有其特定的用途和访问权限。栈通常被放在内存的较高地址，而堆则在较低地址。这种划分有助于隔离不同类型的内存访问，增强程序的安全性。如果栈可以随意向任何方向扩展，可能会侵犯到其他内存区域，导致混乱。预设的最大值有助于在栈与其他内存区域之间划定清晰的边界。
5. 性能和缓存效率：
栈内存的连续性和可预测性也对性能有好处。CPU缓存（Cache）的工作方式很大程度上依赖于数据的局部性。栈的增长方式是线性的，局部变量和函数调用之间的关系也相对紧密，这使得栈上的数据更容易被CPU缓存命中，从而提高访问速度。如果栈频繁地进行不规则的动态扩展，可能会导致内存碎片化，降低缓存命中率。
总结一下：
虽然动态扩展栈听起来很灵活，但从整体的系统设计和效率来看，给应用程序的栈空间设置一个合理的、固定的最大值，是更优的选择。这能够保证栈操作的极致效率，简化内存管理，并有助于避免不可控的资源耗尽和潜在的系统不稳定。开发者在编写程序时，需要对函数调用的深度和局部变量的使用有一个大致的了解，并据此合理地估计和使用栈空间，或者在必要时采用堆内存来处理大型数据或深度递归。这种权衡使得我们日常使用的操作系统能够更稳定、更高效地运行。
网友意见
首先，纠正几个问题：
栈空间不能动态增长，是指栈的虚地址空间是固定的，但不代表栈的物理地址一定是分配好的，首次访问的时候才分配实际物理内存的做法是存在的。
主流操作系统（Windows/Linux）的栈的地址空间是固定的，但不代表所有操作系统都是这样的。
Windows、Linux不使用动态增长的几个原因：
1. 如果不预先占用好空间，那么运行时再分配时候，可能已经没地址空间可用了。比如，假设栈地址范围是0x10000~0x20000，不够用的时候需要往前扩展，结果发现0x0F000已经被人用了，那就最多扩展0x1000，意义不是很大。
2. 如果说预留一大片范围的地址都给栈扩展使用，那么跟现在的设计基本没差别，反倒是假如栈是够用的，这段地址空间是浪费的。
3. 每个线程都有一个栈，线程数量可能会很多，如果每个栈都预留扩展的区域，那么总预留空间是一个很大的数值。一个线程预留10MB扩展空间，100个线程就是1GB，太浪费了，尤其在32位环境下，用户可用的地址空间本来也没多少。
4. 因为操作系统无法完全预测应用程序的行为，操作系统也不应该严格限制应用程序的行为，所以才有了现在的这种栈的设计，说到底，是这种需求很少见，栈太大本身就是一种不合理的设计。
如果你觉得不够用，完全可以手写汇编然后构造一个动态栈出来（malloc一个大内存然后把sp指过去），不管是操作系统还是CPU，都没限制用户程序的sp指针必须指向默认的栈空间。
看下面的图：
题主之所以能问出这个问题，也许是因为大多数内存的理论模型都会画成左边那样子。那么自然而然的Heap可以不断往上扩展；Stack可以往下扩展。
但现实中是
1. 主流操作系统都是有多线程支持的，而多线程需要每个线程分配一个独立的Stack，每个Stack内部可以满足“向下增长“，但是必须要有个界限，不然没法实现了。否则下个Stack从哪开始呢？
2. heap和mmap segment的存在。mmap是有很多用途的。比如
- 加载一个so动态库，是以mmap的形式映射到内存里，再让CPU执行上面的指令的；每个程序都会加载大量的动态库。
- 我们编程意义上的heap实际上是操作系统级别heap和mmap区域的混合。当分配一大块内存时，操作系统可能会决定不从heap里切，而是独立分配一块mmap区域来用。
- mmap自己也可以被用户直接使用，比如映射一个文件，或者做内存的数据共享。
上图中之所以把heap，mmap segement和stack画成一个颜色，是因为他们本质上差不太多，都是程序运行时动态分配和调整的。stack和mmap都是“一块内存”，因此实现中并不一定非得是Stack永远比mmap的地址数值更大。只要不重叠就行了。Linux本身的api也允许创建新线程时，指定一段内存作为“Stack”，而这个内存自然也需要通过malloc得到，这又回到了mmap/heap上了。
回到应用层面，巨大的Stack除了应付非常深的递归之外没有什么太大的用处。而非常深的递归一般就是程序哪里写bug了。为了不太有用的场景去做设计并不是理智的行为。
我们常规意义上说“Stack”实际只是在用CPU对一段内存的地址做指令寄存器的push和pop而已。如果这不够用你可以自行定制一个喜欢的形式来实现对Stack的管理。有些语言可以把Stack的管理玩出花。比如go，自己实现了对go routine的管理，每个routine的Stack都可以不是连续的，这样既避免浪费，又能轻松扩展。
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