文章分析了在 Linux 2.6 中引入的對 Intel CPU 快速系統(tǒng)調(diào)用指令 SYSENTER/SYSEXIT 支持的實(shí)現(xiàn)。Linux 驅(qū)動及內(nèi)核開發(fā)者通過了解快速系統(tǒng)調(diào)用指令的機(jī)制，可以在自己的代碼中通過利用這一機(jī)制，提高系統(tǒng)性能，并避開由快速系統(tǒng)調(diào)用方式帶來的一些局限（如系統(tǒng)調(diào)用中嵌套系統(tǒng)調(diào)用）。 前言 在 Linux 2.4 內(nèi)核中，用戶態(tài) Ring3 代碼請求內(nèi)核態(tài) Ring0 代碼完成某些功能是通過系統(tǒng)調(diào)用完成的，而系統(tǒng)調(diào)用的是通過軟中斷指令（int 0x80）實(shí)現(xiàn)的。在 x86 保護(hù)模式中，處理 INT 中斷指令時，CPU 首先從中斷描述表 IDT 取出對應(yīng)的門描述符，判斷門描述符的種類，然后檢查門描述符的級別 DPL 和 INT 指令調(diào)用者的級別 CPL，當(dāng) CPL<=DPL 也就是說 INT 調(diào)用者級別高于描述符指定級別時，才能成功調(diào)用，最后再根據(jù)描述符的內(nèi)容，進(jìn)行壓棧、跳轉(zhuǎn)、權(quán)限級別提升。內(nèi)核代碼執(zhí)行完畢之后，調(diào)用 IRET 指令返回，IRET 指令恢復(fù)用戶棧，并跳轉(zhuǎn)會低級別的代碼。 其實(shí)，在發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用，由 Ring3 進(jìn)入 Ring0 的這個過程浪費(fèi)了不少的 CPU 周期，例如，系統(tǒng)調(diào)用必然需要由 Ring3 進(jìn)入 Ring0（由內(nèi)核調(diào)用 INT 指令的方式除外，這多半屬于 Hacker 的內(nèi)核模塊所為），權(quán)限提升之前和之后的級別是固定的，CPL 肯定是 3，而 INT 80 的 DPL 肯定也是 3，這樣 CPU 檢查門描述符的 DPL 和調(diào)用者的 CPL 就是完全沒必要。正是由于如此，Intel x86 CPU 從 PII 300（Family 6，Model 3，Stepping 3）之后，開始支持新的系統(tǒng)調(diào)用指令 sysenter/sysexit。sysenter 指令用于由 Ring3 進(jìn)入 Ring0，SYSEXIT 指令用于由 Ring0 返回 Ring3。由于沒有特權(quán)級別檢查的處理，也沒有壓棧的操作，所以執(zhí)行速度比 INT n/IRET 快了不少。 不同系統(tǒng)調(diào)用方式的性能比較： 下面是一些來自互聯(lián)網(wǎng)的有關(guān) sysenter/sysexit 指令和 INT n/IRET 指令在 Intel Pentium CPU 上的性能對比：

1：系統(tǒng)調(diào)用性能測試測試硬件：

Intel? Pentium? III CPU, 450 MHz Processor Family: 6 Model: 7 Stepping: 2 用戶模式花費(fèi)的時間核心模式花費(fèi)的時間
基于 sysenter/sysexit 指令的系統(tǒng)調(diào)用9.833 microseconds6.833 microseconds
基于中斷 INT n 指令的系統(tǒng)調(diào)用 17.500 microseconds 7.000 microseconds 2：各種 CPU 上 INT 0x80 和 SYSENTER 執(zhí)行速度的比較 CPU Int0x80 sysenter
Athlon XP 1600+ 277 169
800MHz mode 1 athlon279 170
2.8GHz p4 northwood ht1152442 上述數(shù)據(jù)為對 100000 次 getppid() 系統(tǒng)調(diào)用所花費(fèi)的 CPU 時鐘周期取的平均值 自這種技術(shù)推出之后，人們一直在考慮在 Linux 中加入對這種指令的支持，在 Kernel.org 的郵件列表中，主題為 "Intel P6 vs P7 system call performance" 的大量郵件討論了采用這種指令的必要性，郵件中列舉的理由主要是 Intel 在 Pentium 4 的設(shè)計上存在問題，造成 Pentium 4 使用中斷方式執(zhí)行的系統(tǒng)調(diào)用比 Pentium 3 以及 AMD Athlon 所耗費(fèi)的 CPU 時鐘周期多上 5~10 倍。因此，在 Pentium 4 平臺上，通過 sysenter/sysexit 指令來執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用已經(jīng)是刻不容緩的需求。

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