允许调度程序切换正在执行哪些线程的机制是什么？

Question

我知道cpu调度程序使用时间片，并在指定的时间段内运行线程，然后切换线程，但是我不了解CPU是如何知道停止执行线程并切换任务的。每条指令执行完后都无法重复检查时钟吗？这将花费过多的开销，这将非常浪费。我不认为它在线程上使用确定性计算来在某个指令上放置中断，在该指令中它假定到达该指令的时间已经过去，那么上下文切换如何发生？ CPU如何在不不断检查时钟或其他东西的情况下停止执行？

Answer 1

这是计时器中断。

Interrupts是图灵完成之外的事情之一。图灵完备的机器/语言不需要实现中断。但是如果没有中断，您将很难实施时间分段或抢先式多任务操作系统。

没有中断

仍然可以在不中断的系统上实现多任务OS-使用协作多任务。旧的MacOS（在OSX之前）就是这样做的。您只是告诉应用程序开发人员，他们经常必须通过调用yield()之类的命令将执行移交给操作系统。该“产量”功能实际上是操作系统本身。协作式多任务处理当然不是理想的-您可以想象程序崩溃将导致OS永远无法执行，从而导致整个计算机瘫痪。协作式多任务处理的优点是，您可以在没有中断支持的非常简单的CPU上执行此操作。通常，它还需要更少的RAM和CPU资源。而且，作为程序员，您可以对CPU进行更多控制-例如，如果您需要真正使用100％的CPU，则可以防止操作系统占用任何CPU时间。

中断

中断只是CPU的一项功能，您可以在其中配置CPU以在发生某些情况时调用一个函数（称为中断处理程序）。对于OS程序员，最有用的是计时器中断-您可以在其中配置计时器以触发中断。触发中断后，操作系统便开始运行，并且在执行结束时，操作系统将简单地安排另一个计时器中断-这是按时间分割的多任务处理。

某些操作系统（例如Linux或实时Windows）允许您配置此计时器。 Linux将其称为jiffy，某些操作系统将其称为tick。

如果您已完成任何javascript编程，这会让您感到熟悉-这几乎就像setTimeout()对程序员的表现一样。

I / O

另一种重要的中断类型是I / O中断。您的键盘实际上与I / O中断一起使用。普通PC根本不扫描键盘。取而代之的是I / O控制器（通常是USB控制器）查询键盘，如果有按键，则会向CPU发送中断信号。这将触发操作系统，并且操作系统将检查密钥属于哪个进程，并将切换到该进程以允许其接收输入-这是抢先式多任务处理。显然，在长时间没有I / O活动的情况下，抢先式多任务处理会在后台使用时间片。

Answer 2

“每条指令后都无法重复检查时钟-对吗？” CPU具有特殊的设备-计时器。它有一个寄存器，其中包含剩余的警报时间，并在每个时钟滴答时递减。一旦变为零，就会引发中断。尽管当前执行的程序代码中不存在对该过程的调用，但中断的实现与过程的调用完全相同。中断过程可以进行一些规定的活动，设置另一个计时器值并返回，那么当前正在执行的程序将不会注意到此调用。或者，它可以决定驻留当前线程并让另一个线程在此处理器上执行。在这种情况下，中断过程将重新加载特殊寄存器，以便它们指向下一个线程并返回，并返回到前一段时间在另一个线程上执行的过程。

通过这种方式，处理器从一个线程切换到另一个线程，并且线程在主动和被动状态之间切换。