什么是进程和线程的上下文切换
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发布时间：2024-08-20 01:37
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时间：2024-08-31 19:34
进程和线程是计算机程序执行的两种基本单元，它们在操作系统中发挥着关键作用。进程就像是一个执行中的程序实例，比如打开的QQ应用，任务管理器可以查看进程列表，其状态包括了当前执行的代码、数据、寄存器和程序计数器等信息。上下文切换则是进程在执行过程中，从一个状态（过去）切换到另一个状态（现在或未来）的过程，涉及指令和数据在寄存器和堆栈中的更新，以实现CPU资源的高效利用。
为了提高CPU效率，多进程设计允许同时运行多个任务，如A进程读取文件与B进程计算1+1。当A进程占用CPU时，B进程处于等待状态，此时进行上下文切换，让CPU切换到B进程，尽管切换有成本，但可以避免CPU空闲。相反，线程是在进程内部执行的逻辑流，一个进程可以包含多个线程，如QQ的视频聊天和文件传输。线程有自己的上下文和tid，共享进程的虚拟地址空间，通过多线程重叠执行，如视频聊天和文件传输，以提高程序响应速度。
进程和线程的关系可以类比为工厂和车间。CPU就像电源，一次只能为一个车间供电，车间内的工人（线程）协同工作，共享部分资源。互斥锁和信号量确保线程安全地访问共享内存。创建线程的数量受内存限制，Linux系统中，32位系统可能支持数百个线程，而64位系统受限于硬件和参数设置。
上下文切换的开销在进程和线程间有所不同，同一进程内线程切换开销相对较低，但可能会影响缓存性能。进程和线程的主要差异在于内存共享、开销、资源分配和执行单位。总的来说，进程和线程都是提高程序执行效率的工具，选择使用哪种取决于具体的应用场景和需求。
参考资料：《深入理解计算机系统》、《现代操作系统》以及知乎和知乎专栏的相关文章。
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