Question

很多次我读/听到由于应用程序进行模式切换（即从用户模式进入内核模式）并且在执行系统调用后开始以用户模式执行，因此进行大量系统调用等会产生效率低下通过再次进行模式切换。

我的问题是模式切换的开销是多少？ cpu缓存是否被无效或tlb条目被刷新或发生什么导致开销？

请注意，我在询问模式切换所涉及的开销，而不是上下文切换。我知道模式切换和上下文切换是两个不同的事情，我完全了解与上下文切换相关的开销，但我无法理解的是模式切换导致的开销是什么？

如果可能，请提供有关特定* nix平台的一些信息，如Linux，FreeBSD，Solaris等。

此致

拉利

Answer 1

在简单的模式切换上不应该有CPU缓存或TLB刷新。

快速测试告诉我，在我的Linux笔记本电脑上，用户空间进程需要大约0.11微秒才能完成一个简单的系统调用，除了切换到内核模式和返回之外，它还可以完成大量的工作。我正在使用getuid（），它只复制内存结构中的一个整数。 strace确认系统调用重复了MAX次。

#include <unistd.h>
#define MAX 100000000
int main() {
  int ii;
  for (ii=0; ii<MAX; ii++) getuid();
  return 0;
}

我的笔记本电脑大约需要11秒，使用time ./testover测量，11秒除以1亿就可以得到0.11微秒。

从技术上讲，这是两个模式开关，所以我想你可以声称单模式开关需要0.055微秒，但是单向开关不是很有用，所以我会考虑这个后面的数字到是更相关的。

Answer 2

有很多方法可以在x86 CPU上进行模式切换（我在这里假设）。对于称为功能的用户，通常的方法是执行任务跳转或呼叫（称为任务门和呼叫门）。这两个都涉及一个Task开关（相当于一个上下文切换）。在呼叫之前添加一些处理，在呼叫之后进行标准验证，以及返回。这最小化了安全模式开关。

至于Eric的时间安排，我不是Linux专家，但在我处理的大多数操作系统中，简单的系统调用缓存数据（如果可以安全地完成）在用户空间中以避免这种开销。在我看来，getuid（）将是这种数据缓存的主要候选者。因此，Eric的计时可能更多地反映了用户空间中预切换处理的开销，而不是其他任何因素。