linux中的上下文是什么

发布日期： 2022-11-10 阅读量： 作者： 网络

在linux中，上下文又叫CPU上下文，是CPU运行任何任务前，必须依赖的环境，包括CPU寄存器和程序计数器；而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。

linux中的上下文是什么

本教程操作环境：linux7.3系统、Dell G3电脑。

1.什么是上下文？

Linux是一个多任务的操作系统，它支持远大于CPU数量的任务同时运行，当然，这些任务实际上并不是真正的在同时运行，而是系统在很短的时间内，将CPU轮流分配给他们，给用户造成很多任务同时运行的错觉。

在每个任务运行前， CPU 都需要知道任务从哪里加载，又从哪里开始运行。也就是说，需要系统事先给他设置好 CPU 寄存器和程序计数器（Program Counter,PC）

综上所述，我们就有答案了

我们通常说的上下文又叫CPU上下文，是CPU运行任何任务前，必须依赖的环境，包括CPU 寄存器和程序计数器

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。

根据CPU切换运行任务的不同，又可以分为进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换

我们先了解下面2个上下文切换涉及的知识点系统调用、进程运行态

进程的运行态：

Linux 按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间。在这两种空间中运行的进程状态分别称为内核态和用户态。

内核空间(Ring 0)：具有最高权限，可以直接访问所有资源（读取文件，）
- 分配内存、IO操作、创建子进程……都是内核操作。这也表明，当IO操作频繁时，System参数会很高。
用户空间(Ring 3)：只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用进入到内核中，才能访问这些特权资源
- 典型的用户态空间程序有：Shells、数据库、web服务器、PHP程序、Java程序……

在linux系统使用top命令查看cpu时，能看到user和system两项，对应的就是用户态和内核态占用的cpu资源

如上，我们的web服务是运行在用户态下的，对文件的io没有权限，当需要读取文件时，就涉及到系统调用了

系统调用：

从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。比如查看文件时，需要执行多次系统调用：open、read、write、close等。系统调用的过程如下：

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。

对操作系统来说，线程是最小的执行单元，进程是最小的资源管理单元。说白了，所谓内核中的任务调用，实际上的调度对象是线程；而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。所以，对于现场和进程，我们可以这么理解：

综上，线程上下文切换有两种情况：

中断处理会打断进程的正常调度和执行。在打断其他进程时，需要将进程当前的状态保存下来，中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。

中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必须的状态，包括 CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。

小结

根据Tsuna的测试报告，每次上下文切换都需要几十纳秒到数微妙的CPU时间，这个时间还是相当可观的。

不管是哪种场景导致的上下文切换，你都应该知道：