为什么系统调用消耗更多时间?

最新推荐文章于 2025-06-04 14:14:23 发布
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分类专栏： C/C++ 文章标签： 磁盘 工作
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jubincn/article/details/6989716
本文深入探讨了Linux系统中用户进程与内核进程之间的交互机制，特别是系统调用过程中环境切换带来的开销。解释了CPU在管理员模式下的运行方式，以及系统调用前后内存环境的切换对性能的影响。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

参考：《Understanding Unix/Linux Programming: A Guide to Theory and Practice》之2.7


        用户进程位于用户空间，内核进程位于系统空间，磁盘只能被内核直接访问。

        在运行内核代码时，CPU工作在管理员模式，这对应于一些特殊的堆栈和内存环境，必须在系统调用时切换到这个环境中。系统调用结束后，CPU要切换到用户模式，又要将堆栈和内存环境恢复到用户模式的状态，这种内存环境的切换要耗费很多时间。

        因此，系统调用所耗费的时间主要在两次环境切换上，如果用户程序中普通代码和系统调用交替出现，那么将产生很大的环境切换的开销。

C/C++ 函数调用以及Linux中系统调用 开销介绍：介绍C/C函数调用以及Linux中系统调用的开销情况
探索C++编程的奥秘，分享深入的技术见解和实践，旨在激发读者创造力与解决问题的思维。
03-15 1448
C/C++ 函数调用开销
1.20---什么是状态转移？理解链上函数调用的本质
鄙人kunzhi96，感恩遇见！
07-16 1万+
【摘要】本文深入探讨了区块链中的核心概念——状态（State）与状态转移（State Transition）。文章对比了Web2与Web3的不同执行模型，指出区块链的本质不是运行代码，而是通过智能合约触发不可逆的状态变迁。通过分析EVM执行机制、交易结构、存储模型等，阐明了状态转移与普通函数调用的关键区别，特别强调了view/pure函数的非状态变更特性。文中配以流程图、代码示例和对比表格，帮助开发者建立对区块链状态演化的系统性认知，为Web2开发者转向Web3开发提供了重要的理论基础和实践指导。
为什么说系统调用的开销大
zjq625593282的博客
01-25 2753
对于一个函数调用，汇编层面上就是一个CALL或者JMP，这种指令在硬件层面上虽然首次是会打乱流水线的，但如果是十分有规律的情况下，大多数CPU都能很好的处理 但系统调用指令本身的开销就比一般的CALL和JMP要多一些，是因为同时又要进行一些额外的检查（权限、有效性等）。同时，因为可能涉及到任务栈的切换，会导致部分cache失效，这在CPU性能上的损失是很大的，甚至会导致TLB失效的情况（老版本L
一次系统调用开销到底有多大？
z1ztai的博客
06-04 772
首先说说系统调用是什么，当你的代码需要做IO操作（open、read、write）、或者是进行内存操作（mmpa、sbrk）、甚至是说要获取一个系统时间（gettimeofday），就需要通过系统调用来和内核进行交互。无论你的用户程序是用什么语言实现的，是php、c、java还是go，只要你是建立在Linux内核之上的，你就绕不开系统调用。图1 系统调用在计算机系统中的位置大家可以通过strace命令来查看到你的程序正在执行哪些系统调用。
为什么需要系统调用
地推
10-23 1935
linux内核中设置了一组用于实现系统功能的子程序，称为系统调用。系统调用和普通库函数调用非常相似，只是系统调用由操作系统核心提供，运行于内核态，而普通的函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。 一般的，进程是不能访问内核的。它不能访问内核所占内存空间也不能调用内核函数。CPU硬件决定了这些（这就是为什么它被称作“保护模式”）。 为了和用户空间上运行的进程进行交互，内核提供了一组接口。透过该接口，应用程序可以访问硬件设备和其他操作系统资源。这组接口在应用程序和内核之间扮演了使者的角色，应用程序发送
慢系统调用
michael1112的专栏
07-06 1539
对于那些可能永远阻塞的函数，我们可以称之为慢系统调用，多数网络支持的函数都属于这一类，如上列的这些函数，比如没有客户连接到服务器，那么服务器对与accept的返回没有保证。     应用在这的一个规则是，当一进程阻塞于一个慢系统调用，可能捕获到一个信号，等待信号处理程序返回时，系
为什么系统调用会消耗较多资源？系统调用的三种方法：软件中断（分析过程）、SYSCALL指令、vDSO(虚拟动态链接对象linux-vdso.so.1)
RToax
10-18 1459
vDSO 全称是虚拟动态链接对象（Virtual Dynamically Shared Object、vDSO）。 为什么这么设计（Why’s THE Design）是一系列关于计算机领域中程序设计决策的文章，我们在这个系列的每一篇文章中都会提出一个具体的问题并从不同的角度讨论这种设计的优缺点、对具体实现造成的影响。如果你有想要了解的问题，可以在文章下面留言。
提升分布式系统响应速度：分布式系统远程调用性能提升之道
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12-02 5万+
本文主要探讨了在高并发和复杂数据需求的分布式系统中，如何通过并行调用、数据异构存储和混合策略优化接口性能。通过分析多个服务接口调用的实际场景，文章介绍了如何利用并发工具（如 Java 的 CompletableFuture）实现并行调用，缩短响应时间；以及如何通过 Redis 等缓存技术进行数据异构存储，减少远程调用次数。最后，文章总结了混合策略的应用，通过动态选择并行调用和缓存策略，既满足了数据实时性要求，又优化了系统的性能。
QNX为什么是安全的操作系统？
千天夜的博客
04-25 4079
QNX详解，all you need is here！
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11-05 2834
函数开销困惑 在现代的开发工作中，相信绝大部分的同学手头的项目都不是从第零行代码开始搭建的。各个语言都有自己流行的代码框架，如PHP的有Laravel、CodeIgniter、ThinkPHP等等。大家都是在自己的框架的基础上添加自己的业务代码逻辑，开启开发工作。还记得我们团队有位开发同学当时问过我一个问题，我们用xx框架这么重，一个用户请求过来即使什么也不干，都已经进行了那么多次的函数调用了，适合用来做接口开发吗？ 我当时给她的回答是，没问题放心吧，函数调用的开销很小的，不必担心。但回答完她的问题之后
Linux系统调用(返回当前的系统时间)
06-22
在Linux中产生一个系统调用以及怎样通过往Linux内核中增加一个新函数从而在该内核空间中实现对用户空间的读写。这个函数的功能是返回当前的系统时间。
linux系统调用过多为什么会引起进程的性能开销,浅谈linux性能调优之八:去掉不必要的开销...
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05-03 301
在“浅谈linux性能调优之七:裁剪系统服务”中我说了关闭一些系统服务的知识，但是还是存在一些资源的浪费不轻易被管理员发现，在这节我说几个：1.在有时我们使用ssh登录服务器时，会发现等待时间会长，最多长达2min原因：ssh服务器默认会自动解析客户端的主机名，但是解析到客户端的主机名也没用，对客户端来说浪费时间，对服务器而言消耗不必要的资源。解决：vim /etc/ssh/sshd_config...
系统调用为什么效率低
wming2008的博客
09-15 1025
在输入输出操作中，直接使用底层系统调用的问题是他们的效率很低，为什么呢？ 系统调用会影响系统的性能。执行系统调用时，Linux必须从用户代码切换到内核代码运行，然后再返回用户代码。减小这种开销的好方法是，在程序中尽量减少系统调用的次数，并且让每次系统调用完成尽可能多的工作。例如每次读写大量的数据而不是每次仅读写一个字符。 硬件会对底层系统调用一次能读写的数据块做出一定的限制。例...
从"read"看系统调用的耗时
jibing57的学习摘录
05-14 1195
转自http://hi.baidu.com/%5Fkouu/blog/item/e33c618a66cd3d769e2fb400.html 1、fread和read有何不同？ 先看两段代码： fread.c read.c 两个文件的功能完全一样，打开同一个名为test.file的文件，并逐字节地读取整个文件。 将它们编译后得到的可执行程序fread和
计算机系统调用的成本到底有多高？
u012516914的专栏
01-13 371
众所周知，系统调用很昂贵。而针对CPU漏洞的软件缓解措施（如Meltdown）甚至使其更加昂贵。但它们到底有多贵呢？为了开始回答这个问题，我写了一个小型的微型测试，以测量系统调用的最低成本。意思是说，无论上下文切换是否发生，人们都必须支付系统调用的成本，即使在内核中的工作微不足道，即从用户模式切换到内核模式再返回的成本。方法用户内核模式切换微型基准测试使用谷歌的基准库进行测量，在git仓库中可用。...
系统为什么会变慢
hay23455的博客
11-15 350
如果磁盘空间较小或使用率过高，可以删除不需要的文件或进行磁盘清理，以释放磁盘空间。内存占用过高：使用free命令可以查看系统的内存使用情况。CPU 占用过高：可以使用命令行工具如top或htop来查看当前运行的进程以及其CPU占用情况。通过找到占用CPU较高的进程，可以使用kill命令结束该进程或进行其他必要的操作。软件问题：由于软件过多或太占资源，系统运行速度可能变慢。当系统中的某些应用程序或进程占用过多的系统资源时，会导致系统变慢。网络问题：如果系统依赖网络连接，网络中断或不稳定可能导致系统变慢。
系统调用之时间开销
程序圆圆圆
05-16 6039
ps：写了很长时间，所以转载请著名作者（程序圆圆圆） ！！！还有这句话！！！ 再ps一个：转载注明本空间地址呀！！！http://blog.youkuaiyun.com/lancegentry/article/details/8937514 一个程序使用系统调用的次数会很大程度上影响系统的性能,因为在执行系统时，会从用户代码切换执行内核代码，然后返回用户代码...
【性能调优】真实体验 “系统调用是重开销”
weixin_45651194的博客
06-01 668
实践背景是开发云原生背景下的指纹识别插件，主要针对的是镜像、容器等云时代的软件资产。频繁的系统调用将造成性能大幅下降，在具体场景中更真实地体会它有“多重”。
为什么inline比调用函数耗费资源更少
最新发布
08-10
<think>我们正在讨论inline函数相比普通函数调用更节省资源的原因。根据提供的引用，我们可以总结出以下几点关键原因： 1. **消除函数调用开销**：普通函数调用需要经历参数压栈、栈帧开辟和回退等过程（引用[1][3][4]）。这些操作会消耗时间和栈空间。当函数被频繁调用（如几十万次）时，这种开销变得显著。inline函数通过将函数体直接嵌入调用点来避免这些开销。 2. **减少指令执行数量**：对于小型函数，函数调用本身的指令可能比函数实际执行的指令还多（引用[3][4]）。inline函数消除了调用指令，从而减少了总指令数。 3. **优化栈空间使用**：每次函数调用都会消耗栈内存（用于参数、返回地址和局部变量等）。inline函数不需要额外的栈帧（引用[3]），因此减少了栈空间消耗。 4. **避免跳转指令**：普通函数需要跳转到函数地址执行后再跳回，而inline函数是连续执行（引用[4]），提高了指令缓存命中率。 但需要注意： - inline只是建议，编译器可能拒绝复杂函数的内联（如含循环、递归的函数）（引用[2]）。 - 过度内联可能导致代码膨胀（尤其对大函数），反而降低性能。 因此，inline函数节省资源的核心在于消除调用机制的开销，特别适合简单且频繁调用的函数。</think>### inline函数相比普通函数调用节省资源的原因分析 inline函数通过**消除函数调用机制的开销**实现资源优化，具体体现在以下四个方面： #### 1. **消除函数调用机制的开销**（核心原因） 普通函数调用需要执行以下系统级操作： - 参数压栈（将实参复制到栈内存） - 保存返回地址（记录函数执行后继续执行的位置） - 跳转到函数地址（指令指针切换） - 开辟新栈帧（为局部变量分配空间） - 函数返回时的栈帧回退和地址恢复 这些操作需要消耗CPU周期和栈内存空间。例如，一个简单的加法函数调用： ```c++ int add(int a, int b) { return a + b; } ``` 当执行`sum = add(x, y);`时，调用开销可能比实际加法操作消耗更多资源[^1][^3][^4]。 inline函数则直接将函数体嵌入调用点： ```c++ // 编译后实际生成的代码 sum = x + y; // 无调用过程 ``` **节省效果**：对于简单函数，调用开销可减少70-90%[^3][^4]。 #### 2. **减少指令执行数量** - 普通函数：每次调用需执行`call`（调用）和`ret`（返回）指令 - inline函数：直接生成目标代码，消除跳转指令 例如循环调用1万次时： ```c++ // 普通函数：执行20,000条指令（1万次call + 1万次ret） // inline函数：仅执行10,000条加法指令 ``` #### 3. **优化栈空间使用** - 普通函数：每次调用消耗栈空间（存储参数、返回地址、局部变量） $$ \text{栈消耗} = \text{调用次数} \times (\text{参数大小} + \text{返回地址} + \text{局部变量}) $$ - inline函数：无额外栈帧开销，直接使用调用者栈帧 当频繁调用小型函数时，可显著降低栈溢出风险[^3]。 #### 4. **提升CPU流水线效率** - 普通函数：跳转指令导致流水线中断（需要清空预取指令） - inline函数：连续代码流使CPU能持续填充流水线，提高指令级并行度 ### ⚠️ 使用限制与注意事项 1. **编译器自主决策** 即使声明为`inline`，编译器可能拒绝内联复杂函数（含循环/递归等）[^2]。 ```c++ // 可能被拒绝内联的示例 inline void bad_inline() { for(int i=0; i<10000; i++) {...} // 含循环 } ``` 2. **代码膨胀风险** 若inline函数体较大且被多处调用，会导致可执行文件体积增大： $$ \text{代码体积增量} = \text{调用点数量} \times \text{函数体大小} $$ 可能反而降低缓存命中率[^2][^4]。 3. **适用场景建议** | 特性 | 适合inline的函数 | 不适合inline的函数 | |---------------|-----------------------|-------------------| | **代码复杂度** | 简单（1-5行） | 含循环/递归 | | **调用频率** | 高频调用（>1万次） | 低频调用 | | **函数体积** | 小型（<10条指令） | 大型函数 | ### 总结 inline函数通过**消除调用机制**（参数压栈/跳转/栈帧操作）实现资源优化，特别适合高频调用的小型函数。但需注意编译器实现差异和代码膨胀风险[^1][^2][^3][^4]。 --- **附录：函数调用开销对比表** | 操作 | 普通函数调用消耗 | inline函数消耗 | |--------------------|------------------|---------------| | 参数传递 | 每次调用复制参数 | 无 | | 栈帧操作 | 每次开辟/回收 | 无 | | 跳转指令 | 2条/次（call+ret）| 无 | | 总指令数（万次调用）| 20,000+ | ≈10,000 | | 栈空间消耗 | 线性增长 | 恒定 |
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