要理解CPU上下文切换，我们先来看看这个问题。

Linux是一个多任务操作系统，但是为什么它支持超过CPU数量的任务同时运行呢？

其实很简单。这些任务并不是真的同时运行，而是因为系统在短时间内将CPU依次分配给它们，所以大家可能会误以为多任务同时运行。

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上下文切换原理

CPU上下文切换(有时称为进程切换或任务切换)意味着CPU从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。

上下文是指在某个时间点上，CPU寄存器和程序计数器的内容。

寄存器是CPU内部的少量快速内存(对应CPU外部相对较慢的RAM主存)。寄存器可以通过快速访问公共值(通常是运算的中间值)来提高计算机程序的运行速度。程序计数器是一个特殊的寄存器，用来指示CPU在指令序列中的执行位置。存储的值是正在执行的指令或下一条要执行的指令的位置，具体取决于具体的系统。

CPU上下文切换是指保存前一个任务(CPU寄存器和程序计数器)的CPU上下文，将新任务的上下文加载到这些寄存器和程序计数器中，最后跳转到程序计数器指示的新位置运行新任务。

这些保存的上下文存储在系统内核中，并在重新调度和执行任务时再次加载。这样可以保证任务的原始状态不受影响，任务给大家的感觉就是还在持续运行。

上下文切换只能在内核模式下发生。内核模式是CPU的特权模式，只有内核运行，可以访问所有内存和其他系统资源。其他程序，如应用程序，最初以用户模式运行，但它们可以通过系统调用运行一些内核代码。

在类似Unix的系统中，系统调用指的是活动进程(运行在CPU上的进程)对内核提供的服务的请求，如输入/输出(I/O)和进程创建(创建新的进程)。

这两种模式(用户模式和内核模式)在类Unix系统中的共存意味着当系统调用发生时，CPU需要切换到内核模式。这应该叫做模式切换，而不是上下文切换，因为当前的进程没有改变。

上下文切换是多任务操作系统的一个必要特征。多任务操作系统是指多个进程在一个CPU中运行而不互相干扰，看起来是同时运行的。这种并行的错觉是由于上下文的高速切换。当进程主动放弃其CPU时间或系统分配的时间片用完时，就会发生上下文切换。

00-1010上下文切换分为三种类型：

上下文切换分类

CPU的时间片会公平的分配给每个进程。当一个进程的时间片用完时，会被系统挂起，切换到其他进程等待CPU运行。当系统资源不足时，直到资源满足，进程才能运行，然后进程将被挂起，其他进程将被系统调度运行。当一个进程通过睡眠等方法主动挂起自己时，它也会被重新调度。当较高优先级的进程运行时，当前进程将被挂起，较高优先级的进程将首先执行。

一. 进程上下文切换

当一个进程只有一个线程时，可以认为该进程等于该线程。当一个进程有多个线程时，这些线程共享相同的资源，如虚拟内存和全局变量。在上下文切换期间，不需要修改这些资源。

前后线程属于不同的进程。此时，由于资源不共享，切换过程与进程上下文切换相同。前后线程属于同一个进程。众所周知，同一个进程中的线程共享资源。此时由于虚拟内存是共享的，切换时虚拟内存的这些资源保持不变，只需要切换线程、寄存器等非共享数据的私有数据。在这种情况下，线程上下文切换比进程间切换消耗更少的资源，所以这也是多线程相对于更多进程的优势。00-1010上下文切换有时由硬件中断触发。硬件中断是指硬件设备(如键盘、鼠标、调试解调器和系统时钟)向内核发送的信号，表示发生了一个事件(如按键、鼠标移动、从网络连接接收到的数据)。

00-1010一般情况下，上下文切换在几百到10，000的范围内，上下文切换超过10，000，很可能会遇到性能问题。我们需要详细了解。

资源切换时，意味着进程在等待资源，可能会出现I/O问题。非自愿上下文切换是指进程被强制调度，也就是在争夺CPU；中断数高表示CPU被中断处理程序占用。您可以通过/proc/中断查看。高频上下文切换会在寄存器、内核栈、虚拟内存等数据的存储和恢复中消耗CPU时间，影响进程的真实运行时间，影响系统服务。只有了解了CPU上下文切换的原理，才能在以后设计系统时妥善处理类似的问题。

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