進程切換分兩步：

1.切換頁目錄以使用新的地址空間

2.切換內(nèi)核棧和硬件上下文

對于linux來說，線程和進程的最大區(qū)別就在于地址空間，對于線程切換，第1步是不需要做的，第2是進程和線程切換都要做的。

切換的性能消耗：

1、線程上下文切換和進程上下問切換一個最主要的區(qū)別是線程的切換虛擬內(nèi)存空間依然是相同的，但是進程切換是不同的。這兩種上下文切換的處理都是通過操作系統(tǒng)內(nèi)核來完成的。內(nèi)核的這種切換過程伴隨的最顯著的性能損耗是將寄存器中的內(nèi)容切換出。

2、另外一個隱藏的損耗是上下文的切換會擾亂處理器的緩存機制。簡單的說，一旦去切換上下文，處理器中所有已經(jīng)緩存的內(nèi)存地址一瞬間都作廢了。還有一個顯著的區(qū)別是當你改變虛擬內(nèi)存空間的時候，處理的頁表緩沖（processor's Translation Lookaside Buffer (TLB)）或者相當?shù)纳耨R東西會被全部刷新，這將導(dǎo)致內(nèi)存的訪問在一段時間內(nèi)相當?shù)牡托?。但是在線程的切換中，不會出現(xiàn)這個問題。

系統(tǒng)調(diào)用：處于進程上下文

系統(tǒng)調(diào)用是在進程上下文中,并沒有tasklet之類的延遲運行,系統(tǒng)調(diào)用本身可以休眠,這些可以參見內(nèi)核代碼

雖然系統(tǒng)調(diào)用實與其他中斷實現(xiàn)有點類似,通過IDT表查找入口處理函數(shù),但是系統(tǒng)調(diào)用與其他中斷最大的不同是,系統(tǒng)調(diào)用是代表當前進程執(zhí)行的,所以current宏/task_struct是有意義的,這個休眠可以被喚醒
 
系統(tǒng)調(diào)用，異常，中斷（其中中斷是異步時鐘，異常時同步時鐘），也可以把系統(tǒng)調(diào)用成為異常

中斷上下文：在中斷中執(zhí)行時依賴的環(huán)境，就是中斷上下文（不包括系統(tǒng)調(diào)用，是硬件中斷）

進程上下文：當一個進程在執(zhí)行時,CPU的所有寄存器中的值、進程的狀態(tài)以及堆棧中的內(nèi)容被稱為該進程的上下文

1、首先，這兩個上下文都處于內(nèi)核空間。

2、其次，兩者的區(qū)別在于，進程上下文與當前執(zhí)行進程密切相關(guān)，而中斷上下文在邏輯上與進程沒有關(guān)系。

進程上下文主要是異常處理程序和內(nèi)核線程。內(nèi)核之所以進入進程上下文是因為進程自身的一些工作需要在內(nèi)核中做。例如，系統(tǒng)調(diào)用是為當前進程服務(wù)的，異常通常是處理進程導(dǎo)致的錯誤狀態(tài)等。所以在進程上下文中引用current是有意義的。

內(nèi)核進入中斷上下文是因為中斷信號而導(dǎo)致的中斷處理或軟中斷。而中斷信號的發(fā)生是隨機的，中斷處理程序及軟中斷并不能事先預(yù)測發(fā)生中斷時當前運行的是哪個進程，所以在中斷上下文中引用current是可以的，但沒有意義。事實上，對于A進程希望等待的中斷信號，可能在B進程執(zhí)行期間發(fā)生。例如，A進程啟動寫磁盤操作，A進程睡眠后現(xiàn)在時B進程在運行，當磁盤寫完后磁盤中斷信號打斷的是B進程，在中斷處理時會喚醒A進程。

上下文這個詞會讓人想到進程的CPU寄存器狀態(tài)，但好像進入進程上下文（異常處理系統(tǒng)調(diào)用）和進入中斷上下文（中斷處理），內(nèi)核所做的工作沒有太大區(qū)別。所以，這兩個上下文的主要區(qū)別，我認為在于是否與進程相關(guān)。

運行于進程上下文的內(nèi)核代碼是可搶占的，但中斷上下文則會一直運行至結(jié)束，不會被搶占。因此，內(nèi)核會限制中斷上下文的工作，不允許其執(zhí)行如下操作：

(1) 進入睡眠狀態(tài)或主動放棄CPU;

由于中斷上下文不屬于任何進程，它與current沒有任何關(guān)系（盡管此時current指向被中斷的進程），所以中斷上下文一旦睡眠或者放棄CPU，將無法被喚醒。所以也叫原子上下文（atomic context）。

(2) 占用互斥體;

為了保護中斷句柄臨界區(qū)資源，不能使用mutexes。如果獲得不到信號量，代碼就會睡眠，會產(chǎn)生和上面相同的情況，如果必須使用鎖，則使用spinlock。

(3) 執(zhí)行耗時的任務(wù);

中斷處理應(yīng)該盡可能快，因為內(nèi)核要響應(yīng)大量服務(wù)和請求，中斷上下文占用CPU時間太長會嚴重影響系統(tǒng)功能。在中斷處理例程中執(zhí)行耗時任務(wù)時，應(yīng)該交由中斷處理例程底半部來處理。

(4) 訪問用戶空間虛擬內(nèi)存。

因為中斷上下文是和特定進程無關(guān)的，它是內(nèi)核代表硬件運行在內(nèi)核空間，所以在中斷上下文無法訪問用戶空間的虛擬地址

(5) 中斷處理例程不應(yīng)該設(shè)置成reentrant（可被并行或遞歸調(diào)用的例程）。

因為中斷發(fā)生時，preempt和irq都被disable，直到中斷返回。所以中斷上下文和進程上下文不一樣，中斷處理例程的不同實例，是不允許在SMP上并發(fā)運行的。

(6)中斷處理例程可以被更高級別的IRQ中斷。（不能嵌套中斷）使用軟中斷，上部分關(guān)中斷，也就是禁止嵌套，下半部分使用軟中斷

如果想禁止這種中斷，可以將中斷處理例程定義成快速處理例程，相當于告訴CPU，該例程運行時，禁止本地CPU上所有中斷請求。這直接導(dǎo)致的結(jié)果是，由于其他中斷被延遲響應(yīng)，系統(tǒng)性能下降。

軟中斷是一種延時機制，代碼執(zhí)行的優(yōu)先級比進程要高，比硬中斷要低。相比于硬件中斷，軟中段是在開中斷的環(huán)境中執(zhí)行的（長時間關(guān)中斷對系統(tǒng)的開銷太大）， 代碼是執(zhí)行在中斷/線程上下文的，是不能睡眠的，雖然每個cpu都有一個對應(yīng)的ksoftirqd/n線程來執(zhí)行軟中斷，但是do_softirq這個函數(shù)也還會在中斷退出時調(diào)用到，因此不能睡眠(中斷上下文不能睡眠的原因是由于調(diào)度系統(tǒng)是以進程為基本單位的，調(diào)度時會把當前進程的上下文保存在task_struct這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，當進程被調(diào)度重新執(zhí)行時會找到執(zhí)行的斷點，但是中斷上下文是沒有特定task_struct結(jié)構(gòu)體的，當然現(xiàn)在有所謂的線程話中斷，可以滿足在中斷處理函數(shù)執(zhí)行阻塞操作，但是實時性可能會有問題。還有就是中斷代表當前進程執(zhí)行的概念，個人感覺有點扯淡，畢竟整個內(nèi)核空間是由所有進程共享的，不存在代表的概念)

上面我們介紹的可延遲函數(shù)運行在中斷上下文中（軟中斷的一個檢查點就是do_IRQ退出的時候），于是導(dǎo)致了一些問題：軟中斷不能睡眠、不能阻塞。由于中斷上下文出于內(nèi)核態(tài)，沒有進程切換，所以如果軟中斷一旦睡眠或者阻塞，將無法退出這種狀態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)核會整個僵死。但可阻塞函數(shù)不能用在中斷上下文中實現(xiàn)，必須要運行在進程上下文中，例如訪問磁盤數(shù)據(jù)塊的函數(shù)。因此，可阻塞函數(shù)不能用軟中斷來實現(xiàn)。但是它們往往又具有可延遲的特性。

以上就是小編為大家?guī)淼膌inux線程切換和進程切換的方法全部內(nèi)容了，希望大家多多支持腳本之家~