聊聊Linux中CPU上下文切换 _生活百科

【聊聊Linux中CPU上下文切换】什么是CPU上下文
CPU上下文切换

上一任务的CPU上下文保存在哪？

进程上下文切换

内核空间和用户空间
top命令查看CPU资源
系统调用
进程上下文切换和系统调用的区别？
进程切换的常见场景

线程上下文切换
中断上下文切换
上下文切换的消耗
补充：vmstat命令查看整体CPU上下文切换情况
补充：pidstat命令查看进程的CPU上下文切换情况

作者：小牛呼噜噜 | https://xiaoniuhululu.com计算机内功、JAVA底层、面试相关资料等更多精彩文章在公众号「小牛呼噜噜」

什么是CPU上下文Linux是一个多任务的操作系统，多任务操作系统是指多个进程运行在一个 CPU 中互不打扰，看起来像同时运行一样。多任务的操作系统这样就可以支持远大于CPU数量的任务"同时运行" 。但是我们都知道这其实是一个错觉，真正是系统在很短的时间内将CPU轮流执行各个任务，给用户造成多任务"同时运行"的感觉。其中有一个问题，在每次执行任务之前，CPU必须要知道从哪里加载任务，以及加载后从哪里开始运行，操作系统通过CPU中寄存器和程序计数器配合，来保存和恢复相应进度的信息

CPU 寄存器：CPU 寄存器是 CPU 内置的速度极快的内存；程序计数器：程序计数器会存储 CPU 正在执行的指令位置，或者即将执行的指令位置。

在任务调度的过程中，而这些信息都保存在CPU的寄存器中，其中即将执行的下一条指令的地址被保存在程序计数器上。我们将这些信息称为CPU的上下文，也叫硬件上下文。当某一进程自愿放弃它的 CPU 时间或者系统分配的时间片用完时，就会发生CPU上下文切换。
CPU上下文切换操作系统OS在切换运行任务时，

将上一任务的上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到CPU寄存器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置上执行新任务

的这一动作，被称为CPU上下文切换。
CPU上下文切换的步骤:

将前一个 CPU 的上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器里边的内容）保存起来；
然后加载新任务的上下文到寄存器和程序计数器；
最后跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
被保存起来的上下文会存储到系统内核中，等待任务重新调度执行时再次加载进来。

CPU 的上下文切换分三种：进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换 。
上一任务的CPU上下文保存在哪？我们知道因为CPU过于昂贵，其性能与其他储存设备有数量级的差距，为了充分压榨其性能，计算机将CPU的时间进行分片，让各个程序在CPU上轮转执行，被剥夺执行权的程序，等后面CPU继续执行它的时候，这时需要一个数据结构来保存相关信息，以便之后恢复继续执行，这个其实就是进程。CPU上下文会被保存在进程的内核空间（kernel space）上。OS在给每个进程分配虚拟内存空间时，会分配一个内核空间，这部分内存只能由内核代码访问。OS在切换CPU上下文前，会先将当前CPU的通用寄存器、PC等进程现场信息保存在进程的内核空间上，待下次切换时，再取出重新装载到CPU上，以恢复任务的运行。