【Linux】：进程切换

news2024/11/17 6:33:53

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关Linux进程切换的知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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前言：

1. 进程切换

1.1 局部变量的返回

1.2 eip寄存器（程序计数器）

1.3 进程上下文数据的切换

1.4 切出之后是否清空？

前言：

承接上文结尾提到的的进程并发：在一个时间间隔之内，多个进程的代码同时被推进的状态叫做并发。既然要并发访问，所以必定要考虑进程的切换问题，所以本期就来了解一下进程切换的问题：

1. 进程切换

1.1 局部变量的返回

在C语言阶段，我们都知道在一个函数体中创建的变量叫做局部变量，局部变量具有临时性，出了函数体它就自动销毁了。

当我们设置并且调用一个存在返回值的函数时，为什么我们在函数内定义的栈临时变量会返回给外部呢？它不是出了函数体就自动销毁了吗？
int Add(int x, int y)
{
    int sum = x + y; // 临时变量
    return sum;    // ??
}

int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, Add(a, b));
    return 0;
}
这就需要归功于我们计算机内部的寄存器了！

在我们计算机CPU里面存在许多的寄存器，例如：eax、ebx、ecx、edx、ss、ds、cs、gs、fs、bs、ebp、eap、esp、eip等；

在进程创建和进程fork原理这篇中我们提到了return的本质就是写入，所以在栈临时变量返回的时候，是先将临时变量的数据保存在了寄存器eax中，此时出了函数体，就算临时变量自动销毁但是数据保存了下来，此时的寄存器充当的是代码的一个临时空间，所以我们在函数体内部定义的局部变量才可以把数据返回。

1.2 eip寄存器（程序计数器）

我们的程序怎么知道当前的代码运行到哪里了呢？如何进行函数间的跳转呢？

在CPU里面存在一个寄存器：eip（程序计数器）/pc指针；它可以记录并保存当前代码的下一行代码的地址，从而依次向后执行。

我们的进程在运行的时候会使用CPU内部的寄存器，同样的我们的进程在运行时会产生各种各样的数据，那么这些数据就会使用寄存器保存下来，此时的寄存器也充当的是一个临时空间，如果我们有多个进程呢？

进程运行的时候在CPU寄存器中形成的临时数据叫做进程的硬件上下文，我们都知道进程具有独立性，每个进程运行的时候在CPU寄存器中形成的临时数据都是不一样的，但是我们CPU寄存器硬件只有一套，能存的过来吗？

此时需要引入一个概念：寄存器 ≠ 寄存器内容；

再加上CPU的运行速度是非常快的，所以可以保存下！

1.3 进程上下文数据的切换

所有保存的目的都是为了恢复，既然寄存器可以保存进程的上下文数据，所以在我们的进程切出时，就可以将进程上下文数据保存在我们进程的PCB中，当切入时，又将上一次保存的上下文数据再次加载到寄存器中，这样就完成了进程的上下文数据的切换！

保存上下文数据保存的是寄存器中的数据（寄存器的内容），将上下文数据保存在PCB中（简单理解），本质就是将寄存器的内存保存在内存中！

1.4 切出之后是否清空？

在进程上下文数据切出的时候需要将寄存器的内容清空吗？

答案是不需要的，因为数据可以做到覆盖，假设当前被调度的为①号进程，此时它的时间片到了，需要被剥离，此时它就将寄存器里的内容保存在它的PCB中，然后新的②号进程要被调度，那么这个②号进程就存在两种情况：

1. ②号进程从来没有被调度过，那么此时只需要将eip寄存器指向②号进程，从头开始执行，产生数据时直接覆盖掉原来寄存器里面的内容即可。

2. ②号进程之前被调度过，但是被剥离了，那么此时需要再次调度时，只需要将之前保存在PCB中的上下文数据重新加载到寄存器中，直接覆盖原先的内容即可。