CPU 上下文切换之理论篇（上）

Posted 2022-08-13

• 1.什么是上下文？
  答：上下文是由CPU寄存器和程序计数器组成

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• 2.CPU为什么进行上下文切换？
  答：CPU上下文切换，是保证Linux系统正常工作的核心功能之一

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• 3.什么是CPU上下文切换？
  答：CPU上下文切换，就是先把前一个任务的CPU上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器中，最后跳转到程序计数器所指的新位置，运行任务

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• 4.什么是cpu寄存器？
  答：cpu寄存器是cpu内置很小、但速度极快的内存

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• 5.什么是程序计数器？
  答：是用来存储CPU正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置

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• 6.cpu保存的上下文会存储在哪里？
  答：存储在系统内核中

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• 7.操作系统管理的任务是什么？
  答：进程和线程

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• 8.cpu上下文切换有哪些场景？
  答：进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换

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• 9.ring0和ring3分别是什么？
  答：ring0是内核态、ring3是用户态

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• 10.特权模式切换是通过什么进行完成的？
  答：系统调用

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• 11.特权模式切换的步骤是什么？
  答：CPU寄存器里原来的用户指令需要先保存起来，为了执行内核态代码，CPU寄存器需要更新为内核态指令的新位置，最后跳转到内核运行内核任务

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• 12.一次特权模式切换发生了几次CPU上下文切换？
  答：2次

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• 13.什么是进程上下文切换？
  答：是指从一个进程切换到另一个进程

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• 14.进程上下文切换与特权模式切换有什么区别？
  答：进程上下文切换，是指一个进程切换到另一个进程
  特权模式切换是一直运行同一个进程

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• 15.什么时候会切换进程上下文？
  答：只有在进程调度时，才需要切换上下文

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• 16.进程在什么时候才会被调度到 CPU 上运行？
  答：
  （1）当某个进程时间片耗尽
  （2）进程在系统资源不足时
  （3）当进程通过sleep主动挂起时
  （4）当有优先级更高的进程运行时

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• 17.什么是进程？
  答：进程是调度的基本单位

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• 18.什么是线程？
  答：线程是资源拥有的基本单位

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• 19.线程与进程最大的区别是什么？
  答：
  （1）当进程只有一个线程时，可以认为进程等于线程
  （2）当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。这些资源上下文切换时是不需要修改的

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• 20.线程上下文切换有哪几种情况？
  答：前后线程不属于同一进程、前后线程属于同一进程

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• 21.什么是中断上下文切换？
  答：为了快速响应硬件事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行

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注：有哪些减少上下文切换的技术用例？
答：数据库连接池（复用连接）、合理设置应用的最大进程，线程数、直接内存访问DMA、零拷贝技术