线程切换与进程切换以及开销

1.前言

      为了更好的了解上下文切换，需要我们了解虚拟内存的概念。

      虚拟内存是操作系统为每个进程提供的一种抽象，每个进程都有属于自己的、私有的、地址连续的虚拟内存，当然我们知道最终进程的数据及代码必然要放到物理内存上，那么必须有某种机制能记住虚拟地址空间中的某个数据被放到了哪个物理内存地址上，这就是所谓的地址空间映射，也就是虚拟内存地址与物理内存地址的映射关系，那么操作系统是如何记住这种映射关系的呢，答案就是页表，页表中记录了虚拟内存地址到物理内存地址的映射关系。有了页表就可以将虚拟地址转换为物理内存地址了，这种机制就是虚拟内存。

     每个进程都有自己的虚拟地址空间，进程内的所有线程共享进程的虚拟地址空间。

2.进程切换

切换虚拟地址空间，切换内核栈和硬件上下文

3.线程切换

切换内核栈和硬件上下文

4.上下文切换的开销

1. 最显著的性能损耗是将保存寄存器中的内容
2. CPU高速缓存失效
3. 页表查找是一个很慢的过程，因此通常使用Cache来缓存常用的地址映射，这样可以加速页表查找，这个cache就是TLB.当进程切换后页表也要进行切换，页表切换后TLB就失效了，cache失效导致命中率降低，那么虚拟地址转换为物理地址就会变慢，表现出来的就是程序运行会变慢