进程的上下文切换怎么理解？

对于CPU来说，它只知道取指令，执行指令，然后执行下一条指令，他可不关心当前执行的指令是从哪个进程/线程来的，这是上面的操作系统需要关心的。

由于程序总归免不了读写内存，读写磁盘，或者网络交互，这些动作比CPU的速度慢了很多个数量级，为了不让cpu忙等这些操作，就得想办法让多个程序"同时"运行，a程序执行io读写时把cpu交给b程序，b程序发送网络包时再把cpu让给c程序，尽力提高CPU的使用率，操作系统为此抽象出了进程的概念。

要让这些进程都有机会被CPU执行，操作系统就得在一个进程正在被CPU执行时，将其切换走，把CPU让给其他进程，这就是进程的上下文切换 那么问题来了，切换切的到底是啥？怎么个切法？ 前面说了，CPU干的事情很简单，就是取指令然后执行它，作为操作系统，你得让CPU知道从哪里取指令，指令执行时还需要数据，数据从哪里拿你也得告诉它，如果在执行过程中被切换走，CPU计算过程中产生的一些临时数据也得告诉它，这样它才可以正常执行指令，怎么告诉CPU这些信息呢？只要给CPU的各种寄存器赋值就好了，包括程序计数器里的下一条指令地址，数据段寄存器里的程序数据段起始地址，代码段寄存器里的程序指令段的起始地址，各种通用寄存器中的数据等等 地址信息涉及到操作系统内存管理的部分，这里只简要说明下： 段存储器里的地址是虚拟地址，需要找到对应的物理地址，虚拟地址和物理地址的对应关系存在进程的页表中，是在操作系统初始化进程信息时创建的，查到物理地址后，加上偏移量就可以算出指令和数据的物理地址(程序计数器中的指令地址就是偏移量)，CPU从算出的指令地址获取指令，指令会被翻译为操作码和操作数地址(也是偏移量)，加上通过数据段寄存器值算出的数据段起始物理地址，就可以算出数据存放的物理地址，CPU拿到数据后，就可以执行指令了。 好了，我们已经知道了，切换切的就是CPU各种寄存器中的值，让CPU知道从哪里取指令取数据，然后它就可以愉快的执行了，这些在进程运行时存在寄存器中的值就称作进程上下文。 我们要把当前在执行的进程切走，然后把另一个进程切来，后面还会把当前进程切回来接着执行，所以当前进程切走的前一刻，各个寄存器中的值我们得保存下来放到一个地方，后面再切它回来时就从这个地方取出来再赋值给寄存器，CPU就可以接着上次切走该进程前继续执行了。保存在哪呢？ 每个进程创建后，操作系统都会为其维护一个进程控制块(PCB)，包括进程标识信息(如PID，父进程PID)，进程的控制信息(操作系统需要对进程进行管理和控制，决定其状态)，以及处理器状态信息，这里面就保存了进程的运行的上下文信息 现在我们就清楚了，操作系统把当前CPU各个寄存器中的值存到进程的PCB中，从另一个进程的PCB中取出之前某个时刻存进去的内容，赋给寄存器，就完成了一次进程上下文切换。 除了正常调度进程需要上下文切换外，还有一种上下文切换，是操作系统检测到中断、异常、系统调用时发生的，包括IO设备引起的中断，应用程序主动发起系统调用(如文件读写)，以及应用程序发生错误(比如除以0操作)，操作系统检测到中断异常系统调用的信号后，会通过中断向量表找到对应的处理程序，然后切换成处理程序进程，处理完成后再切换回来，这里的切换过程与上面大致相似。 中断处理的不同之处在于，是正常应用程序与操作系统程序的切换，跨越了应用程序与操作系统的边界，在系统调用时，还会涉及到用户态到内核态的切换，过程更复杂，开销也会比普通上下文切换代价更大，