在上下文切换中保存了什么？

Question

在两个线程之间的上下文切换中准确保存和恢复的内容

• 在同一过程中
• 在两个进程之间

Answer 1

这是一个复杂的问题，因为答案取决于很多事情：

1. 有问题的CPU
   • 即使在同一系列中，它也会有很大差异，例如为SSE ​​/ MMX操作添加的附加寄存器。
2. 操作系统，因为它控制在上下文切换时触发的处理程序，并决定是否使用CPU的硬件（如果有）来辅助上下文切换。
   • 例如，Windows不使用可以为您执行大部分上下文切换存储的英特尔硬件，因为它不存储浮点寄存器。
3. 程序启用的任何优化都可以识别它自己的要求，并能够通知操作系统
   • 也许是为了表明它没有使用FP寄存器，所以不要打扰它们
   • 在大多数RISC设计中具有相当大的寄存器文件的架构中，知道只需要这些寄存器的较小子集就有相当大的好处

至少需要保存使用中的通用寄存器和程序计数器寄存器（假设大多数当前CISC / RISC型通用CPU的通用设计）。

请注意，尝试仅执行与上下文切换相关的最少工作量是topic of some academic interest

Linux显然在公共领域有更多关于此的信息，尽管我的引用可能有点过时。

有一个'task_struct'，它包含大量与任务状态相关的字段以及该任务的过程。

其中一个是'thread_struct'

  

/ *此任务的CPU特定状态* /
    - struct thread_struct thread;
       保存有关缓存TLS描述符，调试寄存器，
的信息        故障信息，浮点，虚拟86模式或IO权限。

每个体系结构都定义了它自己的thread_struct，它标识了保存在交换机上的寄存器和其他值。

由于重命名寄存器的存在允许多个飞行指令（通过超标量或管道相关的架构设计），这进一步复杂化。上下文swicth的恢复阶段可能依赖于CPU的管道在初始空状态下被恢复，这样在管道中尚未退出的指令没有效果，因此可以被忽略。这使得CPU的设计更加困难。

进程和线程之间的区别在于进程切换（总是表示所有主流操作系统中的线程切换）将需要更新内存转换信息，IO相关信息和权限相关结构。

这些将主要指向更丰富的数据结构，因此与线程上下文切换相关的成本不会很高。

Answer 2

当上下文切换在同一进程的线程之间时，保存当前线程的所有非易失性通用寄存器，并恢复新线程的那些;只有当前线程执行被中断中断时，才需要保存易失性寄存器。还应保存和恢复线程使用的任何协处理器的寄存器（例如浮点处理器） 如果切换在2个进程的线程之间，除了正常上下文切换所需的内容之外，还应该进行与内存和IO管理相关的更改;例如使用页表和页目录表实现进程所需的内存保护，每个进程都有一个唯一的页目录表地址，当进程发生变化时，必须对其进行更改。

Answer 3

这取决于您正在使用的操作系统，但是您必须保存所有寄存器（包括指令计数器）的内容并加载您要切换到的线程的寄存器。

关于在同一进程中两个线程之间切换的唯一区别是，您不会丢失L1和MMU缓存的内容。

Answer 4

我不确定，但如果我没记错的话，也会切换工作记忆集。