拷贝（Copy）数据，主要包括两种：CPU拷贝/ DMA拷贝。第一类拷贝：CPU 拷贝（CPU Copy）：在 CPU 拷贝中，数据的传输是由中央处理器（CPU）直接进行的。当数据需要从一个内存区域拷贝到另一个内存区域时，CPU 首先将数据从源内存区域读取到 CPU 寄存器，然后再将数据从寄存器写入到目标内存区域。这个过程需要 CPU 的直接参与，因此称为 CPU 拷贝。CPU 拷贝的过程涉及多次读取和写入操作，较为耗时，特别是在大数据量传输时。第二类拷贝：DMA 拷贝（Direct Memory Access Copy）：在 DMA 拷贝中，数据的传输是通过 DMA 控制器进行的，而不需要 CPU 的直接参与。DMA 控制器是一种硬件设备，它能够在 CPU 不直接参与的情况下，将数据从一个内存区域传输到另一个内存区域。在 DMA 拷贝中，CPU 将传输的任务交给 DMA 控制器，然后 DMA 控制器直接控制数据在内存之间的传输，减少了 CPU 的负担和参与，提高了数据传输的效率。DMA 拷贝通常用于大数据量的传输，可以有效减少 CPU 的拷贝操作，提高传输速度。总结起来，CPU 拷贝是指数据传输需要通过 CPU 进行读取和写入操作，而 DMA 拷贝是指数据传输通过 DMA 控制器直接进行，减少了 CPU 的介入。在性能敏感的场景中，DMA 拷贝通常比 CPU 拷贝更高效。
NIC(Network Interface Card ，网络接口卡、网卡)在接收到数据包之后，首先需要将数据同步到内核中，这中间的桥梁是rx ring buffer。rx ring buffer 是由NIC和驱动程序共享的一片区域，事实上，rx ring buffer存储的并不是实际的packet数据，而是一个描述符，这个描述符指向了它真正的存储地址，具体流程如下：
驱动在内存中分配一片缓冲区用来接收数据包，叫做sk_buffer；
将上述缓冲区的地址和大小（即接收描述符），加入到rx ring buffer。描述符中的缓冲区地址是DMA使用的物理地址；
需要注意的是，上下文切换是一种开销较大的操作，因为涉及到寄存器值的保存和恢复，以及特权级的变更。在多任务操作系统中，频繁的上下文切换可能会影响系统性能。而在每个任务运行前，CPU 都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行，也就是说，需要系统事先帮它设置好 CPU 寄存器和程序计数器（Program Counter，PC）。CPU 寄存器，是 CPU 内置的容量小、但速度极快的内存。而程序计数器，则是用来存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。它们都是 CPU 在运行任何任务前，必须的依赖环境，因此也被叫做 CPU 上下文。
知道了什么是 CPU 上下文，我想你也很容易理解 CPU 上下文切换。CPU 上下文切换，就是先把前一个任务的 CPU 上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。而这些保存下来的上下文，会存储在系统内核中，并在任务重新调度执行时再次加载进来。这样就能保证任务原来的状态不受影响，让任务看起来还是连续运行。我猜肯定会有人说，CPU 上下文切换无非就是更新了 CPU 寄存器的值嘛，但这些寄存器，本身就是为了快速运行任务而设计的，为什么会影响系统的 CPU 性能呢？所以，根据任务的不同，CPU 的上下文切换就可以分为几个不同的场景，也就是进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换。
进程上下文切换
Linux 按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间，分别对应着下图中， CPU 特权等级的 Ring 0 和 Ring 3。
换个角度看，也就是说，进程既可以在用户空间运行，又可以在内核空间中运行。进程在用户空间运行时，被称为进程的用户态，而陷入内核空间的时候，被称为进程的内核态。从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。比如，当我们查看文件内容时，就需要多次系统调用来完成：首先调用 open() 打开文件，然后调用 read() 读取文件内容，并调用 write() 将内容写到标准输出，最后再调用 close() 关闭文件。那么，系统调用的过程有没有发生 CPU 上下文的切换呢？答案自然是肯定的。CPU 寄存器里原来用户态的指令位置，需要先保存起来。接着，为了执行内核态代码，CPU 寄存器需要更新为内核态指令的新位置。最后才是跳转到内核态运行内核任务。而系统调用结束后，CPU寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程。所以，一次系统调用的过程，其实是发生了两次 CPU 上下文切换。不过，需要注意的是，系统调用过程中，并不会涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。这跟我们通常所说的进程上下文切换是不一样的：
进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程运行。
而系统调用过程中一直是同一个进程在运行。
所以，系统调用过程通常称为特权模式切换，而不是上下文切换。但实际上，系统调用过程中，CPU 的上下文切换还是无法避免的。那么，进程上下文切换跟系统调用又有什么区别呢？首先，你需要知道，进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。因此，进程的上下文切换就比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和CPU寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。如下图所示，保存上下文和恢复上下文的过程并不是“免费”的，需要内核在 CPU 上运行才能完成。
根据 Tsuna 的测试报告，每次上下文切换都需要几十纳秒到数微秒的 CPU 时间。这个时间还是相当可观的，特别是在进程上下文切换次数较多的情况下，很容易导致 CPU 将大量时间耗费在寄存器、内核栈以及虚拟内存等资源的保存和恢复上，进而大大缩短了真正运行进程的时间。这也正是上一节中我们所讲的，导致平均负载升高的一个重要因素。另外，我们知道， Linux 通过 TLB（Translation Lookaside Buffer）来管理虚拟内存到物理内存的映射关系。当虚拟内存更新后，TLB 也需要刷新，内存的访问也会随之变慢。特别是在多处理器系统上，缓存是被多个处理器共享的，刷新缓存不仅会影响当前处理器的进程，还会影响共享缓存的其他处理器的进程。知道了进程上下文切换潜在的性能问题后，我们再来看，究竟什么时候会切换进程上下文。显然，进程切换时才需要切换上下文，换句话说，只有在进程调度的时候，才需要切换上下文。Linux 为每个 CPU 都维护了一个就绪队列，将活跃进程（即正在运行和正在等待CPU的进程）按照优先级和等待 CPU 的时间排序，然后选择最需要 CPU 的进程，也就是优先级最高和等待CPU时间最长的进程来运行。那么，进程在什么时候才会被调度到 CPU 上运行呢？最容易想到的一个时机，就是进程执行完终止了，它之前使用的CPU会释放出来，这个时候再从就绪队列里，拿一个新的进程过来运行。其实还有很多其他场景，也会触发进程调度，在这里我给你逐个梳理下。其一，为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切换到其它正在等待 CPU 的进程运行。其二，进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。其三，当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。其四，当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。最后一个，发生硬件中断时，CPU上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序。了解这几个场景是非常有必要的，因为一旦出现上下文切换的性能问题，它们就是幕后凶手。
除了前面两种上下文切换，还有一个场景也会切换 CPU 上下文，那就是中断。为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。跟进程上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必需的状态，包括CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。对同一个 CPU 来说，中断处理比进程拥有更高的优先级，所以中断上下文切换并不会与进程上下文切换同时发生。同样道理，由于中断会打断正常进程的调度和执行，所以大部分中断处理程序都短小精悍，以便尽可能快的执行结束。另外，跟进程上下文切换一样，中断上下文切换也需要消耗CPU，切换次数过多也会耗费大量的 CPU，甚至严重降低系统的整体性能。所以，当你发现中断次数过多时，就需要注意去排查它是否会给你的系统带来严重的性能问题。
//缺页异常处理函数 asmlinkage void do_page_fault(unsigned long address, unsigned long mmcsr, long cause, struct pt_regs *regs) { //省略一堆。。 //这里注释已经说的很清楚了，不允许在内核中执行缺页中断 /* If we're in an interrupt context, or have no user context, we must not take the fault. */ if (!mm || faulthandler_disabled()) goto no_context; } //打印oops no_context: /* Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to terminate things with extreme prejudice. */ printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request at " "virtual address %016lx\n", address); die_if_kernel("Oops", regs, cause, (unsigned long*)regs - 16); do_exit(SIGKILL);
