Linux / 用户态和内核态的切换耗费时间的原因

最新推荐文章于 2025-06-07 20:47:51 发布

Ruo_Xiao

最新推荐文章于 2025-06-07 20:47:51 发布

阅读量1.4k

点赞数 4

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： OS / Linux 文章标签：用户态内核态

原文链接：http://t.zoukankan.com/gtblog-p-12155109.html

OS / Linux 专栏收录该内容

134 篇文章

订阅专栏

博客探讨了Linux系统中应用程序通过系统调用访问内核资源的过程，包括从用户态到内核态的转换。系统调用涉及软中断、栈切换和上下文保存，这些操作带来了时间消耗。内核态和用户态栈的切换，尤其是更新cr3寄存器以改变虚拟内存映射，都是较为昂贵的操作。文章详细阐述了这一过程的细节和开销所在。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

应用程序的执行必须依托于内核提供的资源，包括 CPU 资源、存储资源、I/O 资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源，内核必须为上层应用提供访问的接口：即系统调用。因此，如果一个程序需要从用户态进入内核态，那么它必须执行系统调用语句。

当程序中有系统调用语句，程序执行到系统调用时，首先使用类似 int 80H 的软中断指令，保存现场，去系统调用，在内核态执行，然后恢复现场，每个进程都会有两个栈，一个内核态栈和一个用户态栈。当 int 中断执行时就会由用户态栈转向内核态栈，系统调用时需要进行栈的切换，而且内核代码对用户不信任，需要进行额外的检查。系统调用的返回过程有很多额外工作，比如检查是否需要调度等。

系统调用一般都需要保存用户程序得上下文（context）, 在进入内核的时候需要保存用户态的寄存器，在内核态返回用户态的时候会恢复这些寄存器的内容。这是一个开销的地方。如果需要在不同用户程序间切换的话，那么还要更新 cr3 寄存器，这样会更换每个程序的虚拟内存到物理内存映射表的地址，也是一个比较高负担的操作。