【性能调优】真实体验 “系统调用是重开销”

实践背景是开发云原生背景下的指纹识别插件，主要针对的是镜像、容器等云时代的软件资产。

信息安全语境下的 指纹识别 指的是定位软件的特征，如名称、版本号、开源许可证等，就像指纹是人的独特生物凭证，这些特征是软件的独特电子凭证。除了识别软件外，指纹识别还用于上报资产，即辅助探针发现镜像中的软件资产，包括组件、中间件、系统工具、系统库、CMS（Content Management System）等。

一、调优背景

Trivy 是一个优秀的用于扫描镜像漏洞的开源工具，但商业场景下需要定制化开发，因此自研指纹识别工具。
根据知乎文章的介绍，Trivy 有以下特点：

因此自研产品应当对标 Trivy 且有一定改进，但在首次 Benchmark 测试时，针对 4.9G 大小的镜像，自研产品扫描用时 53 秒，且占用了一个 CPU 核。这个时间和硬件开销和 Trivy 相比是不可接受的，因此分析 CPU 用时信息。具体如何分析，见之前的博客 单元测试、基准测试和性能分析 。

二、分析 CPU Profile ⚛︎

分析 cpu.prof 后发现系统调用占了 38 秒，往上查找，发现 IsExist() 是主要的时间消耗对象，其底层实现是 Stat() 系统调用 。IsExist() 用于判断文件是否存在，但在遍历镜像的文件系统时，各个检测器都要对所有的文件进行检测（Detect 函数），而 Detect 函数中都有一个 IsExist() 判断，这将造成海量的系统调用，使检测速度大幅下降。

解决策略：

1. 根据计算机领域的万能准则，以空间换时间，只考虑遍历一次文件系统，记录下有用信息到 map 中，后续使用时从 map 中取出。
2. 后续详细阅读代码，发现 IsExist() 函数逻辑根本没必要，因为在遍历文件系统时不可能遍历到不存在的文件。

因此修改代码逻辑后，系统调用大大减少，整体扫描时间下降至 14 秒。

三、为什么系统调用是重开销

所谓的重开销指的是消耗 CPU 资源，CPU 资源较为宝贵，因此需要合理分配。此外，从用户态陷入内核态时，还有上下文切换和现场保护，这部分也需要消耗较多资源。要理解为什么系统调用是重开销，就需要知道系统调用时发生了什么，进而分析哪些部分是开销大头。

3.1 什么是系统调用

系统调用（System Call，syscall）是用户态进程在请求系统资源时向操作系统内核发起的请求，如文件 I/O 操作、进程间通信等。这种将用户态与内核态隔离的方式，便于集中管理计算机资源，也使用户态的程序开发不需过多关注与硬件的交互。

根据中断触发来源的不同，可以将中断（Interrupt）分为 软件中断 和 硬件中断。

一般而言，系统调用是通过软件中断实现的，即 CPU 在执行特定指令时触发的。