UNIX系统从内核态切换到用户态时是否会执行TLB flush？

先说明确结论：
无特殊安全加固配置的前提下，getpid()这类普通系统调用从内核态返回用户态时，不会执行TLB flush。

具体原因和边界场景说明如下：

• 硬件层面天然有权限隔离机制：现代CPU的MMU会在页表项中标记权限位，内核空间的页表项会被标记为仅超级用户（内核态）可访问，用户态下即使TLB中存在内核地址的映射条目，CPU尝试访问这些地址也会直接触发异常，不需要通过刷新TLB来阻止用户进程访问内核地址空间。
• 主流操作系统都会做性能优化：系统调用是非常高频的操作，如果每次返回都刷新TLB，会导致后续访问用户地址、以及下一次系统调用访问内核地址时都要重新加载TLB条目，会带来非常大的性能损耗，因此默认会保留内核地址的TLB条目，避免不必要的刷新。
• 仅两类场景会在系统调用返回时触发TLB刷新：
  1. 本次系统调用修改了当前进程的地址空间映射，比如mmap、munmap、mprotect这类和内存映射相关的系统调用，返回时需要刷新对应地址范围的TLB，保证映射修改生效。
  2. 系统开启了针对CPU侧信道漏洞的缓解机制，比如针对熔断漏洞的KPTI（内核页表隔离）。开启KPTI后，内核和用户态会使用独立的页表，系统调用返回用户态时会刷新TLB中内核地址的相关条目，避免攻击者通过侧信道泄露内核地址信息。
• 常规的进程调度场景下才会执行全量/部分TLB刷新：当CPU从一个进程切换到另一个进程时，需要清空旧进程的用户地址空间TLB条目，避免新进程访问到旧进程的地址映射。现在支持PCID（进程上下文标识符）的CPU还可以进一步优化，给不同进程的TLB条目打不同的标识，不需要每次切换都全量刷新TLB。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Asurii