一、contextswitch的概念
contextswitch（上下文切换）是指操作系统暂停当前正在执行的进程，保存该进程的状态（上下文），并将CPU执行的状态切换到另一个就绪进程上，恢复该进程的状态，使其继续执行。
在单核CPU的情况下，CPU的时间片被划分成若干个时间片，每个时间片都由一个进程占用，进程执行完或者被唤醒后，就进行contextswitch。
在多核CPU的情况下，多个进程同时被处理，每个核心上的进程都有自己的时间片，所以contextswitch的操作会在多个核心之间进行。
二、contextswitch的过程
contextswitch的过程大概可以分为以下几个步骤：
1、当前进程被暂停。
2、内核中将当前进程的上下文（CPU状态、寄存器信息等）保存到进程控制块（PCB）中。
3、进程调度器选取下一个就绪进程。
4、内核中将下一个进程的上下文从进程控制块中恢复，设置为CPU的当前上下文。
5、新进程开始执行。
三、contextswitch的作用
1、实现多任务：在多任务操作系统中，contextswitch提供了用于切换不同进程的机制，使得多个进程可以在CPU上交替执行，实现并行处理。
2、避免死锁：当某个进程发生死锁时，其它进程可以通过contextswitch切换到其它进程，在一定程度上避免了死锁的发生。
3、提升系统的响应性：contextswitch可以让不同的进程依次使用CPU，从而提高系统的并发程度，进而提升系统的响应速度。
四、contextswitch的代码实例
void contextswitch(task_struct *prev, task_struct *next)
{
/* 保存进程上下文 */
__asm__ __volatile__("pushl %%ebp\n\t"
"movl %%esp,%[prev_sp]\n\t"
"movl %[next_sp],%%esp\n\t"
"cmpl $0,%[prev_pid]\n\t"
"jne 1f\n\t" /* 第一次进入，跳转至label 1*/
"movl %[next_entry],%%eax\n\t"
"jmp *%%eax\n\t" /* 跳转至下一个进程的代码段 */
"1:\tmovl %[prev_pid],%%eax\n\t"
"movl $(prev_task_exit),%%ebx\n\t"
"movl %%ebx,%%eax\n\t"
"call *%%eax\n\t" /* 执行上一个进程的退出处理函数 */
"movl %[next_entry],%%eax\n\t"
"jmp *%%eax\n\t" /* 跳转至下一个进程的代码段 */
: [prev_sp] "=m"(prev->cpu_context.sp),
[prev_pid] "=m"(prev->pid),
[next_sp] "=m"(next->cpu_context.sp),
[next_entry] "=m"(next->cpu_context.pc)
:
: "%eax", "%ebx", "memory");
}
五、contextswitch的优化
contextswitch操作是系统开销较大的操作，部分操作系统在此方面进行了优化，例如：
1、采用多级反馈队列调度算法，调整优先级，使高优先级进程尽早执行，以减小contextswitch的开销。
2、在系统内核中使用协程（coroutine），协程之间的切换比进程、线程之间的切换更为轻量，从而减小了contextswitch的开销。
3、使用Fiber，Fiber是用户模式下的线程，一般不需要进行内核态与用户态的切换，因此contextswitch的开销可以显著降低。
原创文章，作者：QJMTP，如若转载，请注明出处：https://www.506064.com/n/333090.html
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