上下文切換詳解

稍微較長的描述一下，上下文切換可以認為是核心（作業系統的核心）在 cpu 上對于程序（包括線程）進行以下的活動：（1）挂起一個程序，将這個程序在 cpu 中的狀态（上下文）存儲于記憶體中的某處，（2）在記憶體中檢索下一個程序的上下文并将其在 cpu 的寄存器中恢複，（3）跳轉到程式計數器所指向的位置（即跳轉到程序被中斷時的代碼行），以恢複該程序。

上下文切換與模式切換

這兩種模式（使用者态和核心态）在類 unix 系統中共存意味着當系統調用發生時 cpu 切換到核心态是必要的。這應該叫做模式切換而不是上下文切換，因為沒有改變目前的程序。

上下文切換在多任務作業系統中是一個必須的特性。多任務作業系統是指多個程序運作在一個 cpu 中互不打擾，看起來像同時運作一樣。這個并行的錯覺是由于上下文在高速的切換（每秒幾十上百次）。當某一程序自願放棄它的 cpu 時間或者系統配置設定的時間片用完時，就會發生上下文切換。

上下文切換有時也因硬體中斷而觸發。硬體中斷是指硬體裝置（如鍵盤、滑鼠、調試解調器、系統時鐘）給核心發送的一個信号，該信号表示一個事件（如按鍵、滑鼠移動、從網絡連接配接接收到資料）發生了。

英特爾的 80386 和更進階的 cpu 都支援硬體上下文切換。然而，大多數現代的作業系統通過軟體實作上下文切換，而非使用硬體上下文切換，這樣能夠運作在任何 cpu 上。同時，使用軟體上下文切換可以嘗試獲得更好的性能。軟體的上下文切換最先在 linux 2.4 中實作。

軟體上下文切換号稱的一個主要優點是，硬體的機制儲存了幾乎所有 cpu 的狀态，軟體能夠有選擇性的儲存需要被儲存的部分并重新加載。然而這個行為對于提升上下文切換的性能到底有多重要，還有一點疑問。其擁護者還宣稱，軟體上下文切換有提高切換代碼的可能性，它有助于提高正在加載的資料的有效性，進而進一步提高性能。

上下文切換的消耗

上下文切換通常是計算密集型的。也就是說，它需要相當可觀的處理器時間，在每秒幾十上百次的切換中，每次切換都需要納秒量級的時間。是以，上下文切換對系統來說意味着消耗大量的 cpu 時間，事實上，可能是作業系統中時間消耗最大的操作。

linux相比與其他作業系統（包括其他類 unix 系統）有很多的優點，其中有一項就是，其上下文切換和模式切換的時間消耗非常少。