非阻塞系统调用和模式切换

Posted 2021-04-17

假设我们调用异步IO的系统调用。在调用系统调用时，模式从用户模式更改为内核模式。调用之后，模式应立即更改回用户模式，以便用户应用程序可以继续进行（因为它是非阻塞的）。

现在，如果模式更改为用户模式，那么当模式从内核更改为用户模式时，内核将如何继续IO？内核会在用户模式下执行异步IO吗？

答案

IO意味着两种不同的东西（在两个不同的抽象层次上）：

• 从应用的角度来看，来自在process中运行的user-mode，调用与输入或输出相关的任何system call（在syscalls(2)中列出的Linux），例如read(2)，....请注意，aio_read(3)未列为系统调用（它是使用其他系统调用的某些库函数，请参阅aio(7)）。
• 在原始硬件上，将数据（或订单）发送到实际IO设备（例如SATA磁盘，USB端口等）的任何物理输入或输出操作

进程的异步或同步IO意味着只调用一些合适的系统调用子集，因为系统调用是进程与内核交互的唯一方式，因为在用户模式下，没有直接可能的物理IO。

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内核会在用户模式下执行异步IO吗？

这显示出一些混乱。实际上，在内核中，物理IO通常（并且可能总是）由interrupt handlers（可能配置一些DMA等）启动。硬件interrupt将处理器切换到“内核模式”（实际上是supervisor的ISA模式）。

阻塞系统调用（例如，当数据不在read(2)中时需要物理IO时为page cache）不会阻塞整个计算机：它只是调用进程被“阻塞”，因此被重新调度。内核将安排其他一些可运行的进程。很久以后，在内核处理了许多中断之后，被阻塞的进程将变为可运行的并且可以被重新安排以运行。

换句话说，在概念层面，内核scheduler在一些continuation-passing style中编码。

另见kernelnewbies和OSDEV。

另一答案

异步IO将代表进程执行，内核将在进程继续运行时几乎照常处理它。在阻止模式下，该过程暂停。

内核可以访问每个进程空间，因此无论进程当前在做什么，他都可以从进程用户空间填充/读取数据。