Linux | 用户态和内核态的切换耗费时间的原因

最近看到的一个问题,Java线程切换为什么成本会高,由于Java线程的切换是需要用户态和内核态转换的,在学习计算机操作系统时,状态转换成本高就被当做常识,那么为什么会成本高,记录在这方便复习

(此外,java程序的加锁和解锁也涉及到状态转换)

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

posted @ 2020-01-06 10:32  一秋复一秋  阅读(5633)  评论(0编辑  收藏  举报