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V2EX 提问指南
Richard14
V2EX  ›  问与答

操作系统进行进程切换的具体步骤是怎么样的?

  •  
  •   Richard14 · 46 天前 · 383 次点击
    这是一个创建于 46 天前的主题,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

    以前都说,操作系统通过向 CPU 发送中断的方式实现进程切换。上学的时候没有仔细思考过这句话,想当然地认为就是这样,最近觉得这句话有问题,这句话里的“发送”很难理解。毕竟如果一个 CPU 正在被一个(用户态)进程占用的话,它又怎么会突然开始执行内核级代码呢?

    一个想法是,大家都知道用户态应用程序无法主动实现进程切换,比如挂起自己这种操作是不存在的,一定是要经过 OS 的,按照我的猜想,其原因是因为中断完全由 OS 控制,用户态程序没有中断的能力,自然也就没有通过中断切换进程的能力。那么相应地,OS 应该就可以通过软中断的方式实现控制进程的切换,这是内核态态与用户态权限区别的表现。

    按照我的理解,一个进程切换流程如下,不知道说的对不对,大家指正一下:

    1 、首先必须要有一个硬件发出硬中断,否则控制权无法转移到 OS 上。所以进程切换的第一步应该是计时器通过一个硬中断通知 CPU 该换进程了。

    2 、该硬中断使得 CPU 从执行用户代码,切换到执行内核代码,内核产生一个软中断,负责完成剩余的进程切换事宜。而具体的切换过程通常会占用比较多的资源,耗费比较长的时间。

    3 、一个疑问是,通常认为硬中断应该能够非常迅速的响应完毕,上文第 2 点中硬中断使得用户代码切换到内核代码,那么理所应当地需要保存用户应用状态,这个过程应该是一个开销很高的操作,对于硬中断来说不会太长了吗

    6 条回复    2021-05-08 20:45:52 +08:00
    raaaaaar
        1
    raaaaaar   45 天前 via Android
    有中断标志寄存器和中断触发器啊,一个指令执行周期结束后就会检查这些寄存器,路由有中断就进入中断周期,没有就执行下一条指令了。
    emSaVya
        2
    emSaVya   45 天前
    可以了解一下 trap
    billlee
        3
    billlee   45 天前
    1. 不一定要有硬件中断。当前进程主动调用系统调用也可以。
    2. 以 Linux 为例,中断或系统调用时,进入内核态不需要切换页表,只要保存寄存器,开销不大。
    Richard14
        4
    Richard14   44 天前
    @raaaaaar
    @billlee
    感谢回复,指令执行周期怎么理解呢,是说比如 CPU 有一个计数器,每执行比如一万条指令算一个周期,还是说需要一个时钟固定时间中断,如果是后者的话,那么不就是硬件触发中断,而且似乎这么做的话中断的实时性很低,因为要等当前周期执行完才会执行中断的逻辑。

    而且一个疑问是,寄存器,应该是 CPU 操作的,如果 CPU 被用户逻辑占用,OS 要如何修改中断寄存器?
    julyclyde
        5
    julyclyde   44 天前
    啊?一万条指令算一个周期?谁说的?
    billlee
        6
    billlee   43 天前
    1. 指令周期,就是取指、解码、执行,一条指令是一个周期。由于有流水线的存在,实际细节非常复杂,我们就当它每个 CPU 时钟周期都会检查中断得了。
    2. 寄存器就是几个三极管,把输入线和中断线接到一起,那中断信号就可以修改寄存器。
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