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[26224] 2020-08-14_为什么Linux系统调用会消耗较多资源

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2020-08-14_为什么Linux系统调用会消耗较多资源 为 什 么   L i n u x   系 统 调 用 会 消 耗 较 多 资 源 L i n u x 学 习   2 0 2 0 - 0 8 - 1 4 以 下 文 章 来 源 于 真 没 什 么 逻 辑   ， 作 者 D r a v e n e s s 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 真 没 什 么 逻 辑 真 没 什 么 逻 辑 链 接 ： h t t p s : / / d r a v e n e s s . m e / w h y s - t h e - d e s i g n - s y s c a l l - o v e r h e a d / 为 什 么 这 么 设 计 （ W h y ’ s   T H E   D e s i g n ） 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 。 系 统 调 用 是 计 算 机 程 序 在 执 行 的 过 程 中 向 操 作 系 统 内 核 申 请 服 务 的 方 法 ， 这 可 能 包 含 硬 件 相 关 的 服 务 、 新 进 程 的 创 建 和 执 行 以 及 进 程 调 度 ， 对 操 作 系 统 稍 微 有 一 些 了 解 的 人 都 知 道   —   系 统 调 用 为 用 户 程 序 提 供 了 操 作 系 统 的 接 口 [ ^ 1 ] 。 图 图   1   -   操 作 系 统 接 口 操 作 系 统 接 口 C   语 言 的 著 名 的   g l i b c   封 装 了 操 作 系 统 提 供 的 系 统 调 用 并 提 供 了 定 义 良 好 的 接 口 [ ^ 2 ] ， 工 程 师 可 以 直 接 使 用 器 中 封 装 好 的 函 数 开 发 上 层 的 应 用 程 序 ， 其 他 编 程 语 言 的 标 准 库 也 会 封 装 系 统 调 用 ， 它 们 对 外 提 供 语 言 原 生 的 接 口 ， 内 部 使 用 汇 编 语 言 触 发 系 统 调 用 。 我 们 在 使 用 标 准 库 时 需 要 经 常 与 系 统 调 用 打 交 道 ， 只 是 很 多 时 候 我 们 不 知 道 标 准 库 背 后 的 实 现 ， 以 常 见 的   H e l l o W o r l d   程 序 为 例 ， 这 么 简 单 的 几 行 函 数 在 真 正 运 行 时 会 执 行 几 十 次 系 统 调 用 ： 真 没 什 么 逻 辑 真 没 什 么 逻 辑   . 系 统 设 计 、 微 服 务 架 构 和 云 原 生 技 术 # i n c l u d e   < s t d i o . h > i n t   m a i n ( )   {       p r i n t f ( " H e l l o ,   W o r l d ! " ) ;
  是   L i n u x   中 用 于 监 控 和 篡 改 进 程 与 内 核 之 间 操 作 的 工 具 ， 上 述 命 令 会 打 印 出     执 行 过 程 中 触 发 系 统 调 用 、 参 数 以 及 返 回 值 等 信 息 。 执 行   H e l l o   W o r l d   程 序 时 触 发 的 多 数 系 统 调 用 都 是 程 序 启 动 触 发 的 ， 只 有     后 的 系 统 调 用 才 是     函 数 触 发 的 ， 作 为 应 用 程 序 我 们 能 做 的 事 情 非 常 有 限 ， 很 多 功 能 都 需 要 依 赖 操 作 系 统 提 供 的 服 务 。 多 数 编 程 语 言 的 函 数 调 用 只 需 要 分 配 新 的 栈 空 间 、 向 寄 存 器 写 入 参 数 并 执 行     汇 编 指 令 跳 转 到 目 标 地 址 执 行 函 数 ， 在 函 数 返 回 时 通 过 栈 或 者 寄 存 器 返 回 参 数 [ ^ 3 ] 。 与 函 数 调 用 相 比 ， 系 统 调 用 会 消 耗 更 多 的 资 源 ， 如 下 图 所 示 ， 使 用     指 定 执 行 系 统 调 用 消 耗 的 时 间 是   C   函 数 调 用 的 几 十 倍 [ ^ 4 ] ：       r e t u r n   0 ; } $   g c c   h e l l o . c   - o   h e l l o $   s t r a c e   . / h e l l o e x e c v e ( " . / h e l l o " ,   [ " . / h e l l o " ] ,   0 x 7 f f d 6 4 d d 8 0 9 0   / *   2 3   v a r s   * / )   =   0 b r k ( N U L L )                                                               =   0 x 5 5 7 b 4 4 9 d b 0 0 0 a c c e s s ( " / e t c / l d . s o . n o h w c a p " ,   F _ O K )             =   - 1   E N O E N T   ( N o   s u c h   f i l e   o r   d i r e c t o r y ) a c c e s s ( " / e t c / l d . s o . p r e l o a d " ,   R _ O K )             =   - 1   E N O E N T   ( N o   s u c h   f i l e   o r   d i r e c t o r y ) o p e n a t ( A T _ F D C W D ,   " / e t c / l d . s o . c a c h e " ,   O _ R D O N L Y | O _ C L O E X E C )   =   3 f s t a t ( 3 ,   { s t _ m o d e = S _ I F R E G | 0 6 4 4 ,   s t _ s i z e = 2 6 1 3 3 ,   . . . } )   =   0 m m a p ( N U L L ,   2 6 1 3 3 ,   P R O T _ R E A D ,   M A P _ P R I V A T E ,   3 ,   0 )   =   0 x 7 f 6 4 5 4 5 5 a 0 0 0 c l o s e ( 3 )                                                                 =   0 . . . m u n m a p ( 0 x 7 f 6 4 5 4 5 5 a 0 0 0 ,   2 6 1 3 3 )                       =   0 f s t a t ( 1 ,   { s t _ m o d e = S _ I F C H R | 0 6 0 0 ,   s t _ r d e v = m a k e d e v ( 1 3 6 ,   0 ) ,   . . . } )   =   0 b r k ( N U L L )                                                               =   0 x 5 5 7 b 4 4 9 d b 0 0 0 b r k ( 0 x 5 5 7 b 4 4 9 f c 0 0 0 )                                           =   0 x 5 5 7 b 4 4 9 f c 0 0 0 w r i t e ( 1 ,   " H e l l o ,   W o r l d ! " ,   1 3 H e l l o ,   W o r l d ! )                       =   1 3 e x i t _ g r o u p ( 0 )                                                       =   ? + + +   e x i t e d   w i t h   0   + + + s t r a c e h e l l o m u n m a p p r i n t f C A L L S Y S C A L L
图 图   2   -   系 统 调 用 与 函 数 调 用 耗 时 比 较 系 统 调 用 与 函 数 调 用 耗 时 比 较 上 图 中 的   v D S O   全 称 是 虚 拟 动 态 链 接 对 象 （ V i r t u a l   D y n a m i c a l l y   S h a r e d   O b j e c t 、 v D S O ） ， 它 可 以 减 少 系 统 调 用 的 消 耗 的 时 间 ， 我 们 会 在 后 面 详 细 分 析 它 的 实 现 原 理 。   是 一 个 相 对 比 较 快 的 系 统 调 用 ， 该 系 统 调 用 不 包 含 任 何 参 数 ， 只 会 切 换 到 内 核 态 、 读 取 变 量 并 返 回   P I D ， 我 们 可 以 将 它 的 执 行 时 间 当 做 系 统 调 用 的 基 准 测 试 ； 除 了     之 外 ， 使 用     系 统 调 用 关 闭 不 存 在 的 文 件 描 述 符 会 消 耗 更 少 的 资 源 [ ^ 5 ] ， 与     相 比 大 概 会 少   2 0   个   C P U   周 期 [ ^ 6 ] ， 当 然 想 要 实 现 用 于 测 试 额 外 开 销 的 系 统 调 用 ， 使 用 自 定 义 的 空 函 数 应 该 是 最 完 美 的 选 择 ， 感 兴 趣 的 读 者 可 以 自 行 尝 试 一 下 。 图 图   3   -   系 统 调 用 的 三 种 方 法 系 统 调 用 的 三 种 方 法 从 上 面 的 系 统 调 用 与 函 数 调 用 的 基 准 测 试 中 ， 我 们 可 以 发 现 不 使 用   v S D O   加 速 的 系 统 调 用 需 要 的 时 间 是 普 通 函 数 调 用 的 几 十 倍 ， 为 什 么 系 统 调 用 会 带 来 这 么 大 的 额 外 开 销 ， 它 在 内 部 到 底 执 行 了 哪 些 工 作 呢 ， 本 文 将 介 绍   L i n u x   执 行 系 统 调 用 的 三 种 方 法 ： g e t p i d ( 2 ) g e t p i d ( 2 ) c l o s e ( 9 9 9 ) g e t p i d ( 2 )
使 用 软 件 中 断 （ S o f t w a r e   i n t e r r u p t ） 触 发 系 统 调 用 ； 使 用     /     等 汇 编 指 令 触 发 系 统 调 用 ； 使 用 虚 拟 动 态 共 享 对 象 （ v i r t u a l   d y n a m i c   s h a r e d   o b j e c t 、 v D S O ） 执 行 系 统 调 用 ； 软 件 中 断 软 件 中 断 中 断 是 向 处 理 器 发 送 的 输 入 信 号 ， 它 能 够 表 示 某 个 时 间 需 要 操 作 系 统 立 刻 处 理 ， 如 果 操 作 系 统 接 收 了 中 断 ， 那 么 处 理 器 会 暂 停 当 前 的 任 务 、 存 储 上 下 文 状 态 、 并 执 行 中 断 处 理 器 处 理 发 生 的 事 件 ， 在 中 断 处 理 器 结 束 后 ， 当 前 处 理 器 会 恢 复 上 下 文 继 续 完 成 之 前 的 工 作 [ ^ 7 ] 。 图 图   4   -   硬 件 中 断 和 软 件 中 断 硬 件 中 断 和 软 件 中 断 根 据 事 件 发 出 者 的 不 同 ， 我 们 可 以 将 中 断 分 成 硬 件 和 软 件 中 断 两 种 ， 硬 件 中 断 是 由 处 理 器 外 部 的 设 备 触 发 的 电 子 信 号 ； 而 软 件 中 断 是 由 处 理 器 在 执 行 特 定 指 令 时 触 发 的 ， 某 些 特 殊 的 指 令 也 可 以 故 意 触 发 软 件 中 断 [ ^ 8 ] 。 在   3 2   位 的   x 8 6   的 系 统 上 ， 我 们 可 以 使 用     指 令 来 触 发 软 件 中 断 ， 早 期 的   L i n u x   会 使 用     触 发 软 件 中 断 、 注 册 特 定 的 中 断 处 理 器     来 处 理 系 统 调 用 ， 我 们 来 了 解 一 下 使 用 软 件 中 断 执 行 系 统 调 用 的 具 体 过 程 [ ^ 9 ] ： 1 .   应 用 程 序 通 过 调 用   C   语 言 库 中 的 函 数 发 起 系 统 调 用 ； 2 .   C   语 言 函 数 通 过 栈 收 到 调 用 方 传 入 的 参 数 并 将 系 统 调 用 需 要 的 参 数 拷 贝 到 寄 存 器 ； S Y S C A L L S Y S E N T E R I N T I N T   0 x 8 0 e n t r y _ I N T 8 0 _ 3 2
3 .   L i n u x   中 的 每 一 个 系 统 调 用 都 有 特 定 的 序 号 ， 函 数 会 将 系 统 调 用 的 编 号 拷 贝 到     寄 存 器 ； 4 .   函 数 执 行     指 令 ， 处 理 器 会 从 用 户 态 切 换 到 内 核 态 并 执 行 预 先 定 义 好 的 处 理 器 ； 5 .   执 行 中 断 处 理 器     处 理 系 统 调 用 ； a .   执 行     将 寄 存 器 的 值 存 储 到 内 核 栈 上 并 调 用   ； b .   调 用     检 查 系 统 调 用 的 序 号 是 否 合 法 ； c .   在 系 统 调 用 表     中 查 找 对 应 的 系 统 调 用 实 现 并 传 入 寄 存 器 的 值 ； d .   系 统 调 用 在 执 行 期 间 会 检 查 参 数 的 合 法 性 、 在 用 户 态 内 存 和 内 核 态 内 存 之 间 传 输 数 据 ， 系 统 调 用 的 结 果 会 被 存 储 到     寄 存 器 中 ； e .   从 内 核 栈 中 恢 复 寄 存 器 的 值 并 将 返 回 值 放 到 栈 上 ； f .   系 统 调 用 会 返 回   C   函 数 ， 包 装 函 数 会 将 结 果 返 回 给 应 用 程 序 ； 6 .   如 果 系 统 调 用 服 务 在 执 行 过 程 中 出 现 了 错 误 ， C   语 言 函 数 会 将 错 误 存 储 在 全 局 变 量     中 并 根 据 系 统 调 用 的 结 果 返 回 一 个 用 整 数     表 示 的 状 态 ； e a x I N T   0 x 8 0 e n t r y _ I N T 8 0 _ 3 2 S A V E _ A L L d o _ i n t 8 0 _ s y s c a l l _ 3 2 d o _ s y s c a l l _ 3 2 _ i r q s _ o n i a 3 2 _ s y s _ c a l l _ t a b l e e a x e r r n o i n t
图 图   5   -   系 统 调 用 的 执 行 步 骤 系 统 调 用 的 执 行 步 骤 从 上 述 系 统 调 用 的 执 行 过 程 中 ， 我 们 可 以 看 到 基 于 软 件 中 断 的 系 统 调 用 是 一 个 比 较 复 杂 的 流 程 ， 应 用 程 序 通 过 软 件 中 断 陷 入 内 核 态 并 在 内 核 态 查 询 并 执 行 系 统 调 用 表 注 册 的 函 数 ， 整 个 过 程 不 仅 需 要 存 储 寄 存 器 中 的 数 据 、 从 用 户 态 切 换 至 内 核 态 ， 还 需 要 完 成 验 证 参 数 的 合 法 性 ， 与 函 数 调 用 的 过 程 相 比 确 实 会 带 来 很 多 的 额 外 开 销 [ ^ 1 0 ] 。 实 际 上 ， 使 用     来 触 发 系 统 调 用 早 就 是 过 去 时 了 ， 大 多 数 的 程 序 都 会 尽 量 避 免 这 种 触 发 方 式 。 然 而 这 一 规 则 也 不 是 通 用 的 ， 因 为 G o   语 言 团 队 在 做 基 准 测 试 时 发 现     触 发 系 统 调 用 在 部 分 操 作 系 统 上 与 其 他 方 式 有 着 几 乎 相 同 的 性 能 [ ^ 1 1 ] ， 所 以 在   A n d r o i d / 3 8 6   和   L i n u x / 3 8 6   等 架 构 上 仍 然 会 使 用 中 断 来 执 行 系 统 调 用 [ ^ 1 2 ] 汇 编 指 令 汇 编 指 令 因 为 使 用 软 件 中 断 实 现 的 系 统 调 用 在   P e n t i u m   4   的 处 理 器 上 表 现 非 常 差 [ ^ 1 3 ] 。 L i n u x   为 了 解 决 这 个 问 题 ， 在 较 新 的 版 本 使 用 了 新 的 汇 编 指 令     /   ， 它 们 是   I n t e l   和   A M D   上 用 于 实 现 快 速 系 统 调 用 的 指 令 ， 我 们 会 在   3 2   位 的 操 作 系 统 上 使 用   I N T   0 x 8 0 I N T   0 x 8 0 S Y S E N T E R S Y S C A L L S Y S E N T E R
  /   ， 在   6 4   位 的 操 作 系 统 上 使 用     /   ： 图 图   6   -   快 速 系 统 调 用 指 令 快 速 系 统 调 用 指 令 上 述 的 几 个 汇 编 指 令 是 低 延 迟 的 系 统 调 用 和 返 回 指 令 ， 它 们 会 认 为 操 作 系 统 实 现 了 线 性 内 存 模 型 （ L i n e a r - m e m o r y M o d e l ） ， 极 大 地 简 化 了 操 作 系 统 系 统 调 用 和 返 回 的 过 程 ， 其 中 包 括 不 必 要 的 检 查 、 预 加 载 参 数 等 ， 与 软 件 中 断 驱 动 的 系 统 调 用 相 比 ， 使 用 快 速 系 统 调 用 指 令 可 以 减 少   2 5 %   的 时 钟 周 期 [ ^ 1 3 ] 。 线 性 内 存 模 型 是 一 种 内 存 寻 址 的 常 见 范 式 ， 在 这 种 模 式 中 ， 线 性 内 存 与 应 用 程 序 存 储 在 单 一 连 续 的 空 间 地 址 中 ， C P U   可 以 不 借 助 内 存 碎 片 或 者 分 页 技 术 使 用 地 址 直 接 访 问 可 用 的 内 存 地 址 。 在   6 4   位 的 操 作 系 统 上 ， 我 们 会 使 用     /     进 入 和 退 出 系 统 调 用 ， 该 指 令 会 在 操 作 系 统 最 高 权 限 等 级 中 执 行 。 内 核 在 初 始 化 时 会 调 用       函 数 将     存 入   M S R   寄 存 器 （ M o d e l   S p e c i f i c   R e g i s t e r 、 M S R ） 中 ， M S R   寄 存 器 是   x 8 6   指 令 集 中 用 于 调 试 、 追 踪 以 及 性 能 监 控 的 控 制 寄 存 器 [ ^ 1 5 ] ： S Y S E X I T S Y S C A L L S Y S R E T S Y S C A L L S Y S R E T s y s c a l l _ i n i t e n t r y _ S Y S C A L L _ 6 4 v o i d   s y s c a l l _ i n i t ( v o i d )   { w r m s r ( M S R _ S T A R ,   0 ,   ( _ _ U S E R 3 2 _ C S   < <   1 6 )   |   _ _ K E R N E L _ C S ) ; w r m s r l ( M S R _ L S T A R ,   ( u n s i g n e d   l o n g ) e n t r y _ S Y S C A L L _ 6 4 ) ; . . .
当 内 核 收 到 了 用 户 程 序 触 发 的 系 统 调 用 时 ， 它 会 在   M S R   寄 存 器 中 读 取 需 要 执 行 的 函 数 并 按 照   x 8 6 - 6 4   的 调 用 惯 例 在 寄 存 器 中 读 取 系 统 调 用 的 编 号 以 及 参 数 ， 你 能 在     函 数 的 注 释 中 找 到 相 关 的 调 用 惯 例 。 汇 编 函 数     会 在 执 行 的 过 程 中 调 用   ， 它 的 实 现 与 上 一 节 中 的     有 些 相 似 ， 它 们 都 会 在 系 统 调 用 表 中 查 找 函 数 并 传 入 寄 存 器 中 的 参 数 。 与     通 过 触 发 软 件 中 断 实 现 系 统 调 用 不 同 ，   和     是 专 门 为 系 统 调 用 设 计 的 汇 编 指 令 ， 它 们 不 需 要 在 中 断 描 述 表 （ I n t e r r u p t   D e s c r i p t o r   T a b l e 、 I D T ） 中 查 找 系 统 调 用 对 应 的 执 行 过 程 ， 也 不 需 要 保 存 堆 栈 和 返 回 地 址 等 信 息 ， 所 以 能 够 减 少 所 需 要 的 额 外 开 销 。 v D S O 虚 拟 动 态 共 享 对 象 （ v i r t u a l   d y n a m i c   s h a r e d   o b j e c t 、 v D S O ） 是   L i n u x   内 核 对 用 户 空 间 暴 露 内 核 空 间 部 分 函 数 的 一 种 机 制 [ ^ 1 6 ] ， 简 单 来 说 ， 我 们 将   L i n u x   内 核 中 不 涉 及 安 全 的 系 统 调 用 直 接 映 射 到 用 户 空 间 ， 这 样 用 户 空 间 中 的 应 用 程 序 在 调 用 这 些 函 数 时 就 不 需 要 切 换 到 内 核 态 以 减 少 性 能 上 的 损 失 。 v D S O   使 用 了 标 准 的 链 接 和 加 载 技 术 ， 作 为 一 个 动 态 链 接 库 ， 它 由   L i n u x   内 核 提 供 并 映 射 到 每 一 个 正 在 执 行 的 进 程 中 ， 我 们 可 以 使 用 如 下 所 示 的 命 令 查 看 该 动 态 链 接 库 在 进 程 中 的 位 置 ： } e n t r y _ S Y S C A L L _ 6 4 e n t r y _ S Y S C A L L _ 6 4 d o _ s y s c a l l _ 6 4 d o _ i n t 8 0 _ s y s c a l l _ 3 2 I N T   0 x 8 0 S Y S E N T E R S Y S C A L L $   l d d   / b i n / c a t l i n u x - v d s o . s o . 1   ( 0 x 0 0 0 0 7 f f f 2 7 0 9 c 0 0 0 ) . . . $   c a t   / p r o c / s e l f / m a p s . . . 7 f 2 8 9 5 3 c e 0 0 0 - 7 f 2 8 9 5 3 c f 0 0 0   r - - p   0 0 0 2 7 0 0 0   f c : 0 1   2 0 7 9                                               / l i b / x 8 6 _ 6 4 - l i n u x - g n u / l d - 2 . 2 7 . s o 7 f 2 8 9 5 3 c f 0 0 0 - 7 f 2 8 9 5 3 d 0 0 0 0   r w - p   0 0 0 2 8 0 0 0   f c : 0 1   2 0 7 9                                               / l i b / x 8 6 _ 6 4 - l i n u x -
因 为   v D S O   是 由 操 作 系 统 直 接 提 供 的 ， 所 以 它 并 不 存 在 对 应 的 文 件 ， 在 程 序 执 行 的 过 程 中 我 们 也 能 在 虚 拟 内 存 中 看 到 它 加 载 的 位 置 。 v D S O   可 以 为 用 户 程 序 提 供 虚 拟 的 系 统 调 用 ， 它 会 使 用 内 核 提 供 的 数 据 在 用 户 态 模 拟 系 统 调 用 ： 图 图   7   -   内 核 和 用 户 控 件 的 初 始 化 内 核 和 用 户 控 件 的 初 始 化 系 统 调 用     是 一 个 非 常 好 的 例 子 ， 如 上 图 所 示 ， 使 用   v D S O   的 系 统 调 用     会 按 照 如 下 所 示 的 步 骤 进 行 初 始 化 [ ^ 1 7 ] ： 1 .   内 核 中 的   E L F   加 载 器 会 负 责 映 射   v D S O   的 内 存 页 并 设 置 辅 助 向 量 （ A u x i l i a r y   V e c t o r ） 中   ， 该 标 签 存 储 了   v D S O   的 基 地 址 ； 2 .   动 态 链 接 器 会 查 询 辅 助 向 量 中   ， 如 果 设 置 了 该 标 签 会 链 接   v D S O ； 3 .   l i b c   在 初 始 化 时 会 在   v D S O   中 查 找     符 号 并 将 符 号 链 接 到 全 局 的 函 数 指 针 上 ； g n u / l d - 2 . 2 7 . s o 7 f 2 8 9 5 3 d 0 0 0 0 - 7 f 2 8 9 5 3 d 1 0 0 0   r w - p   0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0   0 7 f f e 8 c a 4 d 0 0 0 - 7 f f e 8 c a 6 e 0 0 0   r w - p   0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0   0                                                     [ s t a c k ] 7 f f e 8 c a 8 d 0 0 0 - 7 f f e 8 c a 9 0 0 0 0   r - - p   0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0   0                                                     [ v v a r ] 7 f f e 8 c a 9 0 0 0 0 - 7 f f e 8 c a 9 2 0 0 0   r - x p   0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0   0                                                     [ v d s o ] f f f f f f f f f f 6 0 0 0 0 0 - f f f f f f f f f f 6 0 1 0 0 0   r - x p   0 0 0 0 0 0 0 0   0 0 : 0 0   0                                     [ v s y s c a l l ] g e t t i m e o f d a y g e t t i m e o f d a y A T _ S Y S I N F O _ E H D R A T _ S Y S I N F O _ E H D R _ _ v d s o _ g e t t i m e o f d a y
除 了     之 外 ， 多 数 架 构 上 的   v D S O   还 包 含   、   和     等 三 个 系 统 调 用 ， 这 些 系 统 调 用 完 成 功 能 相 对 来 说 比 较 简 单 ， 也 不 会 带 来 安 全 上 的 问 题 ， 所 以 将 它 们 映 射 到 用 户 空 间 可 以 明 显 地 提 高 系 统 调 用 的 性 能 ， 就 像 我 们 在 图 二 中 看 到 的 ， 使 用   v D S O   可 以 将 上 述 几 个 系 统 调 用 的 时 间 提 高 几 十 倍 。 总 结 总 结 当 我 们 在 编 写 应 用 程 序 时 ， 系 统 调 用 并 不 是 一 个 离 我 们 很 远 的 概 念 ， 一 个 简 单 的   H e l l o   W o r l d   会 在 执 行 时 触 发 几 十 次 系 统 调 用 ， 而 在 线 上 出 现 性 能 问 题 时 ， 可 能 也 需 要 我 们 与 系 统 调 用 打 交 道 。 虽 然 程 序 中 的 系 统 调 用 非 常 频 繁 ， 但 是 与 普 通 的 函 数 调 用 相 比 ， 它 会 带 来 明 显 地 额 外 开 销 ： 使 用 软 件 中 断 触 发 的 系 统 调 用 需 要 保 存 堆 栈 和 返 回 地 址 等 信 息 ， 还 要 在 中 断 描 述 表 中 查 找 系 统 调 用 的 响 应 函 数 ， 虽 然 多 数 的 操 作 系 统 不 会 使 用     触 发 系 统 调 用 ， 但 是 在 一 些 特 殊 场 景 下 ， 我 们 仍 然 需 要 利 用 这 一 古 老 的 技 术 ； 使 用 汇 编 指 令     /     执 行 系 统 调 用 是 今 天 最 常 见 的 方 法 ， 作 为 专 门 为 系 统 调 用 打 造 的 指 令 ， 它 们 可 以 省 去 一 些 不 必 要 的 步 骤 ， 降 低 系 统 调 用 的 开 销 ； 使 用   v S D O   执 行 系 统 调 用 是 操 作 系 统 为 我 们 提 供 的 最 快 路 径 ， 该 方 式 可 以 将 系 统 调 用 的 开 销 与 函 数 调 用 拉 平 ， 不 过 因 为 将 内 核 态 的 系 统 调 用 映 射 到 『 用 户 态 』 确 实 存 在 安 全 风 险 ， 所 以 操 作 系 统 也 仅 会 放 开 有 限 的 系 统 调 用 ； 应 用 程 序 能 够 完 成 的 工 作 相 当 有 限 ， 我 们 需 要 使 用 操 作 系 统 提 供 的 服 务 才 能 编 写 功 能 丰 富 的 用 户 程 序 。 系 统 调 用 作 为 操 作 系 统 提 供 的 接 口 ， 它 与 底 层 的 硬 件 关 系 十 分 紧 密 ， 因 为 硬 件 的 种 类 繁 杂 ， 所 以 不 同 架 构 要 使 用 不 同 的 指 令 ， 随 着 内 核 的 快 速 演 进 ， 想 要 找 到 准 确 的 资 料 也 非 常 困 难 ， 不 过 了 解 不 同 系 统 调 用 的 实 现 原 理 对 我 们 认 识 操 作 系 统 也 有 很 大 的 帮 助 。 到 最 后 ， 我 们 还 是 来 看 一 些 比 较 开 放 的 相 关 问 题 ， 有 兴 趣 的 读 者 可 以 仔 细 思 考 一 下 下 面 的 问 题 ： v D S O   提 供 的 系 统 调 用   g e t t i m e o f d a y c l o c k _ g e t t i m e c l o c k _ g e t r e s r t _ s i g r e t u r n I N T   0 x 8 0 S Y S C A L L S Y S E N T E R r t _ s i g r e t u r n
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