linux进程切换

本文探讨了操作系统中任务切换的基本原理,特别是如何保存和恢复进程的寄存器状态,即所谓的硬件上下文。文中详细解释了在多任务环境下,内核如何管理和切换不同的进程,确保每个进程都能正确地恢复其执行状态。

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为了控制task(进程)的执行,kernel必须有能力挂起正在cpu上运行的task,并恢复之前被挂起的某个进程,这种行为就是task切换(又称上下文(context)切换)。

尽快在现代操作系统引入虚拟内存之后,每个进程都有自己的地址空间,但是硬件(CPU)只有一个(当然,可以由多核心),我们都知道cpu的计算单元直接使用的数据并不是内存,而是寄存器,每个核心都有一套匹配的寄存器,这个核心为所有进程所共享,那么,这些寄存器也必然为大家所共享。所以,在task切换中,kernel必须要确保被挂起的task所使用的寄存器都被保存起来,同时被激活的进程的所有保存寄存器值要填入。

这里引入一个概念,叫做硬件上下文(hardware context),指的是进程在恢复之前必须装入寄存器的一组数据,他是进程可执行上下文的一个子集,在linux中,一部分在TSS(task state segment),一部分在内核态栈里面。

Linux进程切换是指操作系统内部的一种调度机制,它允许计算机在同一刻执行多个独立的任务,每个任务表现为一个进程。当一个进程运行,CPU会分配给它一段间的处理间片。当间片用完或者遇到了I/O操作(如读写磁盘)等不可预见的操作需要阻塞,处理器会按照某种策略(通常是抢占式调度)将控制权交给其他进程。 在Linux下,进程切换通常由内核的调度器完成,主要包括以下几个关键点: 1. **进程就绪队列**:所有能够运行的进程都放在一个或多个就绪队列中,当有进程间片用尽,会被移到就绪队列。 2. **调度算法**:Linux提供了多种调度算法,如Round Robin(轮转调度)、Priority Scheduling(优先级调度)等。调度器会选择下一个应被执行的进程,依据算法规则进行选择。 3. **中断和信号处理**:进程可能会因为外部事件(如用户输入、定器中断)而被打断,这会进入中断处理或信号处理阶段,然后恢复到之前的位置继续执行。 4. **上下文切换**:当从一个进程切换到另一个进程,系统会保存前者的寄存器信息、内存映射等上下文,以便于恢复切换后的进程状态。 通过这种方式,Linux允许多个进程并发执行,提高系统的效率和响应速度。当用户需要查看或管理进程,可以使用`ps`, `top`, 或者`jobs`等命令。
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