标签：Linux CPU 上下文

Linux中的CPU实现上下文切换  更新时间：2024年02月12日 18:41:05   作者：程序员喵哥   这篇文章主要介绍了Linux中的CPU实现上下文切换方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教 目录 CPU上下文切换概述 定义 上下文切换的类型 上下文切换的原因 上下文切换的步骤 示例代码 1. 中断导致的上下文切换 2. 系统调用导致的上下文切换 中断导致的上下文切换详解 系统调用导致的上下文切换详解 性能优化和注意事项详解 总结 在操作系统中，CPU上下文切换是一种关键的机制，允许多个任务共享CPU时间，从而实现多任务并发执行。 在Linux系统中，上下文切换是操作系统内核管理任务切换和响应中断的关键机制之一。 CPU上下文切换概述 定义 CPU上下文切换是指操作系统从一个任务（或进程）切换到另一个任务时，保存当前任务的状态并加载新任务的状态的过程。 这包括寄存器的状态、程序计数器的值以及其他与任务执行相关的信息。 上下文切换的类型 内核空间和用户空间之间的切换： 当用户空间程序执行系统调用或发生中断时，CPU需要从用户模式切换到内核模式。 任务切换： 操作系统通过调度算法在不同任务之间进行切换，实现多任务调度。 上下文切换的原因 中断： 硬件中断（如定时器中断、I/O中断）和软件中断（例如系统调用）会导致CPU从当前上下文切换到中断处理程序的上下文。 系统调用： 用户空间程序通过系统调用请求内核服务，导致CPU切换到内核空间执行相应的系统调用。 任务调度： 操作系统的任务调度器（scheduler）通过选择下一个要执行的任务来引发上下文切换。 上下文切换的步骤 保存当前任务的上下文： 保存通用寄存器状态。 保存程序计数器的值。 保存堆栈指针等重要寄存器的值。 可能需要保存浮点寄存器状态。 切换到新任务的上下文： 恢复通用寄存器状态。 恢复程序计数器的值。 恢复堆栈指针等重要寄存器的值。 恢复浮点寄存器状态（如果有的话）。 示例代码 1. 中断导致的上下文切换 #include <linux/interrupt.h> asmlinkage void example_interrupt_handler(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) { local_irq_disable(); // 处理中断 local_irq_enable(); } // 注册中断处理程序 int init_module(void) { int result = request_irq(IRQ_NUMBER, example_interrupt_handler, IRQF_SHARED, "example", &my_dev_id); // 其他初始化步骤 return result; } // 卸载模块 void cleanup_module(void) { free_irq(IRQ_NUMBER, &my_dev_id); // 其他清理步骤 } 2. 系统调用导致的上下文切换 #include <linux/syscalls.h> asmlinkage long example_syscall(int arg) { // 处理系统调用 return 0; } // 注册系统调用 void example_syscall_init(void) { syscall_table[SYS_example] =...