[操作系统]秋招面试问到进程扩展知识！！！面试官喜欢的答案

- 日理万妓 2024-02-17 11:19 52阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *   *  2.11 cpu 的上下文切换
         *  2.12 协程的上下文切换
         *  2.13 线程的上下文切换
         *  2.14 进程的上下文切换
         *  2.15 中断上下文切换
         *  2.16 什么时候会发生进程的上下文切换
         *  2.17 什么时候会发生线程的上下文切换
         *  2.18 什么时候会发生协程的上下文切换
         *  2.19 为什么会有CPU的上下文切换

#### 2.11 cpu 的上下文切换 ####

*  什么是CPU上下文

> CPU 寄存器和程序计数器是 CPU 在运行任何任务前，所必须依赖的环境，这些环境就叫做 **CPU 上下文。**

CPU 上下文切换就是先把前一个任务的 CPU 上下文（CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，重新加载指令数据，运行新任务。

系统内核会存储切换下来的上下文信息，当此任务再次被分配给 CPU 运行时，CPU 会重新加载这些上下文，这样就能保证任务原来的状态不受影响，让任务看起来还是连续运行。

> 上面说到所谓的「任务」，主要包含进程、线程和中断。所以，可以根据任务的不同，把 CPU 上下文切换分成：**进程上下文切换、线程上下文切换和中断上下文切换**。

#### 2.12 协程的上下文切换 ####

> 与熟悉的进程/线程切换类似，协程是用户自发的上下文切换和管理机制，所以也常被称为“用户态线程”。

而对于运行时的函数来讲，**参数、返回值地址、函数栈、寄存器**四个部分组成了运行时的全部信息，通过这些信息我们可以恢复任意函数的执行现场，我们称之为**协程的上下文(context)。**  
**也就是说，协程的上下文切换，本质上就是要保存旧的函数参数、返回值地址、函数栈以及寄存器，并加载新的函数数据，以达到新的协程运行环境跟旧的运行环境隔离，并且旧的运行环境可以恢复的目的。**

#### 2.13 线程的上下文切换 ####

> 首先，线程是依托于进程而存在的，同一个进程内多个线程之间可以共享代码段、数据段以及打开的文件等资源，但每个线程各自都有一套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。

也就是说，线程的上下文切换主要分两种情况：新旧线程属于同一个进程，以及新旧进程不属于同一进程。  
对于属于同一进程的两个线程的上下文切换来说，只需要切换线程私有的数据以及寄存器和栈信息即可。  
对于不属于同一进程的线程上下文切换，他等同于进程的上下文切换。

#### 2.14 进程的上下文切换 ####

> 首先，进程的上下文也就是进程的运行时环境，他包含了虚拟内存、栈、全局变量等**用户空间的资源**，以及内核堆栈、寄存器等**内核空间的资源**

因为进程的运行时环境比较复杂，我们操作系统里面存在一个叫**PCB**(*process control block*)，进程控制块的东西来存储进程的运行时环境。当发生进程上下文切换时，操作系统会保存旧进程的运行时数据到PCB里面，然后加载新的PCB，来达到新旧进程的运行时隔离的目的。

#### 2.15 中断上下文切换 ####

> 为了快速响应硬件的事件，**中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件**。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。

**跟进程上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态**。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必需的状态，包括 CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。

**对同一个 CPU 来说，中断处理比进程拥有更高的优先级**，所以中断上下文切换并不会与进程上下文切换同时发生。同样道理，由于中断会打断正常进程的调度和执行，所以大部分中断处理程序都短小精悍，以便尽可能快的执行结束。

另外，跟进程上下文切换一样，中断上下文切换也需要消耗 CPU，切换次数过多也会耗费大量的 CPU，甚至严重降低系统的整体性能。所以，当你发现中断次数过多时，就需要注意去排查它是否会给你的系统带来严重的性能问题。

#### 2.16 什么时候会发生进程的上下文切换 ####