聊聊Linux中CPU上下文切换( 二 ) _生活百科

常见的用户态空间程序：数据库、web服务器、shell脚本、Java程序或者其他常见语言的程序……

我们一起看下Linux整体架构图：

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top命令查看CPU资源在linux系统使用top命令查看cpu时，能看到用户态和内核态占用的cpu资源

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其中各项数据表示内容：
us用户空间占用CPU百分比sy内核空间占用CPU百分比ni用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比id空闲CPU百分比wa等待输入输出的CPU时间百分比hi硬件中断si软件中断st实时系统调用对于一个进程来说，比如web服务的进程，一般是运行在用户态的，但是当需要访问内存、磁盘等硬件设备的时候需要先进入到内核态中，也就是从用户态到内核态的转变，而这种转变需要借助系统调用来实现。系统调用是内核向用户进程提供服务的唯一方法。比如查看文件时，需要执行多次系统调用：open()打开文件，read()读取文件内容，write()将文件内容输出到控制台，最后close()关闭文件等。系统调用的过程如下：

把 CPU 寄存器里原来用户态的指令位置保存起来；
为了执行内核代码，CPU 寄存器需要更新为内核态指令的新位置，最后跳转到内核态运行内核任务；
系统调用结束后，CPU 寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程；

我们可以发现一次系统调用的过程，其实是发生了两次 CPU 上下文切换（用户态-内核态-用户态）。需要注意的是:系统调用过程中，不涉及虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程，也就是系统调用过程中一直是同一个进程在运行。系统调用过程也通常称为特权模式切换。
进程上下文切换和系统调用的区别？

进程上下文切换是指，从一个进程切换到另一个进程；系统调用过程一直是同一个进程在运行，属于进程之内的上下文切换

需要注意的是：进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态，保存上下文和恢复上下文的过程并不免费，需要消耗一定资源

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进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。而系统调用这里没有涉及到虚拟内存等这些进程用户态的资源
因此进程的上下文切换就比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和 CPU 寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。

进程切换的常见场景进程切换时需要切换上下文，换句话说，只有在进程调度的时候，才需要切换上下文。Linux 为每个 CPU 都维护了一个就绪队列，将活跃进程（即正在运行和正在等待 CPU 的进程）按照优先级和等待 CPU 的时间排序，然后选择最需要 CPU 的进程，也就是优先级最高和等待 CPU 时间最长的进程来运行。进程切换的场景有：

进程时间片耗?。?为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU 时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切换到其它正在等待 CPU 的进程运行。
进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。
进程通过睡眠函数 sleep 主动把自己挂起，CPU会重新调度；
当有CPU发现优先级更高的进程运行时，为了去运行高优先级进程，当前进程会被挂起；
发生硬中断，CPU 上的进程会被挂起，然后去执行内核中的中断服务进程。

线程上下文切换对操作系统来说，进程是资源分配的基本单位，而线程则是任务调度的基本单位。内核中的任务调度实际是在调度线程，进程只是给线程提供虚拟内存、全局变量等资源。线程上下文切换时，共享相同的虚拟内存和全局变量等资源不需要修改。而线程自己的私有数据，如栈和寄存器等，上下文切换时需要保存。关于进程和线程的区别：