巧妙地利用了时间片轮转的方式, CPU 给每个任务都服务一定的时间,然后把当前任务的状态保存 下来,在加载下一任务的状态后,继续服务下一任务,任务的状态保存及再加载, 这段过程就叫做 上下文切换。时间片轮转的方式使多个任务在同一颗 CPU 上执行变成了可能。
1. 进程
(有时候也称做任务)是指一个程序运行的实例。在 Linux 系统中,线程就是能并行运行并且 与他们的父进程(创建他们的进程)共享同一地址空间(一段内存区域)和其他资源的轻量 级的进程。
2. 上下文
是指某一时间点 CPU 寄存器和程序计数器的内容。
3. 寄存器
是 CPU 内部的数量较少但是速度很快的内存(与之对应的是 CPU 外部相对较慢的 RAM 主内 存)。寄存器通过对常用值(通常是运算的中间值)的快速访问来提高计算机程序运行的速 度。
4. 程序计数器
是一个专用的寄存器,用于表明指令序列中 CPU 正在执行的位置,存的值为正在执行的指令 的位置或者下一个将要被执行的指令的位置,具体依赖于特定的系统。
5. PCB-“切换桢”
上下文切换可以认为是内核(操作系统的核心)在 CPU 上对于进程(包括线程)进行切换,上下 文切换过程中的信息是保存在进程控制块(PCB, process control block)中的。PCB 还经常被称 作“切换桢”(switchframe)。信息会一直保存到 CPU 的内存中,直到他们被再次使用。
6. 上下文切换的活动:
6.1. 挂起一个进程,将这个进程在 CPU 中的状态(上下文)存储于内存中的某处。
6.2. 在内存中检索下一个进程的上下文并将其在 CPU 的寄存器中恢复。
6.3. 跳转到程序计数器所指向的位置(即跳转到进程被中断时的代码行),以恢复该进程在程序 中。
7. 引起线程上下文切换的原因
7.1. 当前执行任务的时间片用完之后,系统 CPU 正常调度下一个任务;
7.2. 当前执行任务碰到 IO 阻塞,调度器将此任务挂起,继续下一任务;
7.3. 多个任务抢占锁资源,当前任务没有抢到锁资源,被调度器挂起,继续下一任务;
7.4. 用户代码挂起当前任务,让出 CPU 时间;
7.5. 硬件中断;