小結
總結一下，不管是哪種場景導致的上下文切換，你都應該知道：
- CPU 上下文切換，是保證 Linux 系統正常工作的核心功能之一，一般情況下不需要我們特別關注。
- 但過多的上下文切換，會把CPU時間消耗在寄存器、內核棧以及虛擬內存等數據的保存和恢復上，從而縮短進程真正運行的時間，導致系統的整體性能大幅下降。
1、多任務競爭CPU，cpu變換任務的時候進行CPU上下文切換(context switch)。CPU執行任務有4種方式：進程、線程、或者硬件通過觸發信號導致中斷的調用。
2、當切換任務的時候，需要記錄任務當前的狀態和獲取下一任務的信息和地址(指針)，這就是上下文的內容。因此，上下文是指某一時間點CPU寄存器(CPU register)和程序計數器(PC)的內容, 廣義上還包括內存中進程的虛擬地址映射信息.
3、上下文切換的過程：
(1)記錄當前任務的上下文(即寄存器和計算器等所有的狀態)；
(2)找到新任務的上下文並加載；
(3)切換到新任務的程序計算器位置，恢復其任務。
4、根據任務的執行形式，相應的下上文切換，有進程上下文切換、線程上下文切換、以及中斷上下文切換三類。
5、進程和線程的區別：
進程是資源分配和執行的基本單位；線程是任務調度和運行的基本單位。線程沒有資源，進程給指針提供虛擬內存、棧、變量等共享資源，而線程可以共享進程的資源。
6、進程上下文切換：是指從一個進程切換到另一個進程。
(1)進程運行態為內核運行態和進程運行態。內核空間態資源包括內核的堆棧、寄存器等；用户空間態資源包括虛擬內存、棧、變量、正文、數據等
(2)系統調用(軟中斷)在內核態完成的，需要進行2次CPU上下文切換(用户空間-->內核空間-->用户空間)，不涉及用户態資源，也不會切換進程。
(3)進程是由內核來管理和調度的，進程的切換隻能發生在內核態。所以，進程的上下文不僅包括了用户空間的資源，也包括內核空間資源。
(4)進程的上下文切換過程：
(a)接收到切換信號，掛起進程，記錄當前進程的虛擬內存、棧等資源存儲;
(b)將這個進程在 CPU 中的上下文狀態存儲於起來;
(c)然後在內存中檢索下一個進程的上下文;
(d)並將其加載到 CPU的寄存器中恢復;
(3)還需要刷新進程的虛擬內存和用户棧;
(f)最後跳轉到程序計數器所指向的位置（即跳轉到進程被中斷時的代碼行），以恢復該進程。
(5)、下列將會觸發進程上下文切換的場景：
(a)、根據調度策略，將CPU時間劃片為對應的時間片，當時間片耗盡，當前進程必須掛起。
(b)、資源不足的，在獲取到足夠資源之前進程掛起。
(c)、進程sleep掛起進程。
(d)、高優先級進程導致當前進度掛起
(e)、硬件中斷，導致當前進程掛起
7、線程上下文切換：
(1)、不通進程之間的線程上下文切換，其過程和進程上下文切換大致相同。
(2)、進程內部的線程進上下文切換。不需要切換進程的用户資源，只需要切換線程私有的數據和寄存器等。這會比進程上下文進程切換消耗的資源少，所以多線程相比多進程的優勢。
8、中斷上下文切換
快速響應硬件的事件，中斷處理會打斷進程的正常調度和執行。同一CPU內，硬件中斷優先級高於進程。切換過程類似於系統調用的時候，不涉及到用户運行態資源。但大量的中斷上下文切換同樣可能引發性能問題。
