基于内核脚本执行引擎的系统调用优化研究

利用内核脚本执行引擎优化系统调用过程 本文研究了利用内核脚本执行引擎优化系统调用过程的方法。该方法通过在 Linux 内核中实现脚本执行引擎，编译用户进程提供的脚本文件，生成可执行代码并执行，完成用户进程对内核服务的访问请求。这种方式可以有效地减少用户进程频繁的执行系统调用中需要进行用户态和内核态的状态转换次数，减少了用户进程执行系统调用耗费的时间，进而提升了用户进程执行的性能。 该文首先分析了 Linux 系统调用的过程，然后介绍了位于 Linux 内核的脚本执行引擎的实现及其组成结构。脚本执行引擎编译用户进程提供的脚本文件，生成可执行代码并执行，完成用户进程对内核服务的访问请求。 在 Linux 系统中，进程访问内核服务，调用系统调用的过程中需要进行用户态和内核态的状态转换。进程执行系统调用进行状态切换是个耗时的过程，目前在改进 Linux 系统调用的性能已有许多研究工作。 例如，multi-call 机制在内核中实现了系统调用代理，通过将用户进程多次执行的系统调用函数进行合并，组成系统调用函数数组，在一次系统调用过程中，由内核系统调用代理执行函数数组中的函数。这种方式减少了用户进程执行系统调用时的状态转换次数，但是，multi-call 机制中的系统调用代理不能够执行进程位于用户空间的代码，如果在执行多个系统调用函数之间必须执行用户空间代码，那么这些系统调用函数将不能进行合并执行。 实现内核专门功能模块方式，采用的方法是将用户进程需要访问内核服务的功能实现为一个内核模块，每次用户进程只需要调用内核模块提供的服务即可，去除了多次状态转换，提高了程序运行效率。但是此种方式，灵活度不高，只能满足特定要求，很难具有通用性。 二进制重写技术方式，采取的途径是对内核中运行函数代码进行优化处理，如将对内核中函数的调用转换为内联对应函数的代码，去除了函数调用过程，减少了函数执行时间。位于内核中的用户进程方式，考虑了将用户进程放入内核中执行，实现程序性能的提升等。 本文通过测试，证明了通过内核脚本执行引擎实现用户程序执行系统调用系统性能提升的这种方式的可行性。该方法可以有效地减少用户进程频繁的执行系统调用中需要进行用户态和内核态的状态转换次数，减少了用户进程执行系统调用耗费的时间，进而提升了用户进程执行的性能。 关键词：内核脚本执行引擎、Linux 系统调用、编译 中图分类号：TP316