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线程上下文切换

是指在多线程环境中,由于CPU资源有限,需要在不同的线程之间切换执行的过程。当一个线程的时间片用完或者发生阻塞时,操作系统会保存当前线程的上下文信息(包括寄存器状态、栈指针等),然后切换到另一个线程执行。

线程上下文切换的主要目的是实现多线程的并发执行,提高CPU的利用率和系统的吞吐量。它可以使多个线程在同一个CPU上交替执行,从而让用户感觉到多个任务在同时进行。

线程上下文切换的过程包括保存当前线程的上下文、恢复下一个线程的上下文以及切换到下一个线程执行。这个过程需要操作系统进行调度和管理,涉及到寄存器的保存和恢复、内核栈的切换、虚拟内存的切换等操作。

线程上下文切换的频率对系统的性能有一定的影响。过多的线程上下文切换会导致CPU资源浪费在切换上,降低系统的吞吐量。因此,在设计多线程应用程序时,需要合理控制线程的数量和调度策略,避免频繁的上下文切换。

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在多任务操作系统中,为了提高CPU的利用率,可以让当前系统运行远多于CPU核数的线程。但是由于同时运行的线程数是由CPU核数来决定的,所以为了支持更多的线程运行,CPU会把自己的时间片轮流分给其他线程,这个过程就是上下文切换。   导致上下文切换的原因有很多,比如通过wait()、sleep()等方法阻塞当前线程,这时CPU不会一直等待,而是重新分配去执行其他线程。当后续CPU重新切换到当前线程时,CPU需要沿着上次执行的指令位置继续运行。因此,每次在CPU切换之前,需要把CPU寄存器和程序计数器保存起来,这些信息会存储到系统内核中,CPU再次调度回来时会从系统内核中加载并继续执行。简而言之,上下文切换,就是CPU把自己的时间片分配给不同的任务执行的过程。

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