linux - 为什么系统调用比普通的函数调用更耗时？用户态和内核态切换的代价在哪？

Question

为什么系统调用比普通函数调用耗时？如果是因为需要用户态和内核态的切换，那么这个切换具体做了什么，哪些步骤代价大呢？

Answer 1

當程式中有系統呼叫語句，程式執行到系統呼叫時，首先使用類似int 80H的軟中斷指令，保存現場，去的系統呼叫號，在內核態執行，然後恢復現場，每個進程都會有兩個棧，一個核心態棧和一個使用者態棧。當執行int中斷執行時就會由使用者態，堆疊轉向核心堆疊。系統呼叫時需要進行棧的切換。而且內核程式碼對使用者不信任，需要進行額外的檢查。系統呼叫的返回過程有很多額外工作，例如檢查是否需要調度等。

Answer 2

系統呼叫一般都需要保存用戶程式得上下文(context), 在進入核心得時候需要保存用戶態得寄存器，在內核態返回用戶態得時候會恢復這些寄存器得內容。這是一個開銷的地方。 如果需要在不同使用者程式間切換的話，那麼也要更新cr3暫存器，這樣會更換每個程式的虛擬記憶體到實體記憶體映射表的位址，也是比較高負擔的操作。