计算机如何在不进行系统调用的情况下执行任何指令

Question

我正在学习操作系统，并试图深入了解程序如何工作的基础知识。

我有一个简单的C++程序

当我查看Linux的基本架构时，它总是显示用户空间和内核空间，操作系统通过设备驱动程序访问硬件。

因此，如果我没有弄错的话，我创建的任何程序都需要访问操作系统的每条指令，特别是当它在用户空间中运行时？

但后来我在另一个网站上看到了这个答案： https://cseduators.stackexchange.com/a/3463/14110

其中提到纯粹计算的东西不会进行系统调用，但是它们如何访问CPU、RAM等？

我的基本理解告诉我，一切都应该进行系统调用，但现在我看到足够的信息，并非一切都是系统调用，那么基本算术或任何其他不是系统调用的指令如何工作？

我知道我不会涉及太多较低级别的细节。但简而言之，这是如何工作的 请问有人可以解释一下吗？

这是我根据我的想法创建的图表，请随时更正：

这是一个简单的 C++ 程序，它在内存中创建三个变量， 以两个数字作为输入， 将两个数字相加并将值放入第三个数字中，然后显示输出：

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int x, y, z; // Create three variables and store them in memory, should make a system call
    printf("Enter first number: "); // Ask for User Input, I/O
    cin >> x; // I/O operation
    printf("Enter second number: ");
    cin >> y;
    z = x + y;
    printf("Total: %d \n", z);
    return 0;
}

这些指令不是都需要隐式或显式的系统调用吗？

我阅读了相关问题，

程序运行完美，但我想了解系统调用

Answer 1

内核为您分配虚拟内存块（页）（通过系统调用）。一旦内核为您提供了该页面，您就可以在该页面内自由执行您喜欢的任何操作。数学运算只需要访问内存和寄存器即可执行，内核在执行此类运算时不涉及用户空间代码。与内存一样，程序可以自由使用它需要的任何指令（只要它保留在分配的内存页内）。

在某些时候，内核会希望另一个进程运行，当它这样做时，它会中断该进程，保存其寄存器并恢复另一个进程。不过，这对于用户空间代码来说基本上是透明的，当内核恢复其寄存器并恢复执行时，它的执行将从中断处继续。

仅在访问计算机中的其他硬件（如 GPU、网卡、存储等）时才需要系统调用。