系统调用的过程是如何发生 CPU 上下文的切换的呢?

简介: CPU上下文包括寄存器和程序计数器,是任务运行的基础。上下文切换即保存旧任务状态、加载新任务并跳转执行。系统调用虽涉及两次上下文切换,但不更换进程,与进程切换不同。

我们再了解两个概念:

  1. CPU 寄存器,是 CPU 内置的容量小、但速度极快的内存
  2. 程序计数器,则是用来存储 CPU 正在执行的指令位置或者即将执行的下一条指令位置。它们都是 CPU 在运行任何任务前,必须的依赖环境,因此也被叫做 CPU 上下文

知道了什么是 CPU 上下文,我想你也很容易理解 CPU 上下文切换。CPU 上下文切换,就是先把前一个任务的 CPU 上下文(也就是 CPU 寄存器和程序计数器)保存起来,然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器,最后再跳转到程序计数器所指的新位置,运行新任务。而这些保存下来的上下文,会存储在系统内核中,并在任务重新调度执行时再次加载进来。这样就能保证任务原来的状态不受影响,让任务看起来还是连续运行


回到系统调用的问题上,CPU 寄存器里原来用户态的指令位置,需要先保存起来。接着,为了执行内核态代码,CPU 寄存器需要更新为内核态指令的新位置。最后才是跳转到内核态运行内核任务。而系统调用结束后,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。所以,一次系统调用的过程,其实是发生了两次 CPU 上下文切换。


不过,需要注意的是,系统调用过程中,并不会涉及到虚拟内存等进程用户态的资源,也不会切换进程。这跟我们通常所说的进程上下文切换是不一样的:

  1. 进程上下文切换,是指从一个进程切换到另一个进程运行。
  2. 系统调用过程中一直是同一个进程在运行。
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