巧妙地利用时间片轮训的方式,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,在加载下一个任务的状态后,继续服务下一个任务,任务的状态保存及再加载,这段过程就叫做上下文切换。时间片轮训的方式使多个任务在同一刻CPU上执行变成了可能。
进程: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)和其他的资源的轻量级的进程。
上下文:是指某一个时间点CPU寄存器和程序计数器的内容
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)。寄存器通常对常用值(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。
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。
PCB-切换帧
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保存在进程控制块(PCB,process control block)中的。PCB还经常被称作“切换帧”(switcchframe)。信息会一直保存到CPU的内存中,直到他们被再次利用。
上下文切换的活动
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。
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。
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。
引起线程上下文切换的原因
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;
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;
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;
4.用户代码挂起当前任务,让出CPU时间;
5.硬件中断。