系统调用时上下文调度

CPU 的特权等级：
linux 中只使用了 Ring 0 和 Ring3

在系统调用时可能会发生上下文切换，但这取决于具体情况。系统调用涉及从用户态（User Mode）切换到内核态（Kernel Mode），这是一个模式切换，不一定总是伴随完整的进程上下文切换。让我们更详细地看一下：

1) 用户态和内核态切换（模式切换）

当一个进程执行系统调用时，CPU 会从用户态切换到内核态，以便操作系统内核执行需要访问硬件资源或特权操作的指令（如文件读写、内存管理等）。这叫做模式切换。

• 模式切换 ≠ 上下文切换：
  模式切换是 CPU 从执行用户代码切换到执行内核代码，并不涉及进程的完整上下文（如寄存器、页表、内存等）切换，因此它比完整的上下文切换开销要小。

2) 系统调用时的上下文切换

在以下几种情况下，系统调用会导致真正的进程上下文切换：

1. 进程阻塞：
   如果系统调用需要等待某些事件（如 I/O 操作、网络请求、锁等），当前进程会被挂起，进入等待状态。此时，操作系统会进行进程上下文切换，将 CPU 资源分配给其他进程执行，直到当前进程的请求完成，再切换回该进程继续执行。

   例如：

   • 调用 read() 时，如果数据还没有准备好，进程会进入阻塞状态，等待 I/O 完成，导致上下文切换。

2. 时间片用完：
   如果系统调用时间过长，进程在内核态执行时，可能会因为时间片耗尽被操作系统调度器切换出去，调度其他进程。这样会产生上下文切换。

3. 高优先级进程的出现：
   当进程在系统调用中运行时，如果有更高优先级的进程进入可运行队列，操作系统可能强制进行上下文切换，将 CPU 资源让给更高优先级的进程。

3) 不会导致上下文切换的系统调用

某些系统调用不会导致上下文切换，比如短时间内能立即完成的调用。典型的例子包括：

• getpid()：返回进程的 PID，几乎是瞬时操作。
• gettimeofday()：获取当前时间，操作非常快。

这些系统调用通常只涉及模式切换（从用户态切换到内核态再返回），不会导致进程切换。

4) 总结

系统调用时不一定会发生上下文切换：

• 如果系统调用涉及 I/O 操作或进程需要等待某些资源时，系统会发生进程上下文切换。
• 仅涉及用户态和内核态的模式切换时，不涉及完整的上下文切换，开销较小。

5) 参考

• 操作系统之哲学原理第2版 - 3.3 内核态和用户态 - 邹恒明 - 微信读书: https://weread.qq.com/web/reader/9eb326d05933d79ebf22eb3k6ea321b021d6ea9ab1ba605
• 现代操作系统（原书第4版） (豆瓣): https://book.douban.com/subject/27096665/