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深入解析操作系统中线程切换过程

引言在现代计算机系统中,操作系统负责有效地管理各种资源,包括 CPU。多任务操作系统允许同时运行多个线程,但由于 CPU 有限,需要进行线程切换以实现并发执行。...本文将深入探讨操作系统中线程切换的过程,包括上下文切换和必要的数据结构。我们将通过示例代码演示线程切换的关键步骤,以帮助读者更好地理解这一关键概念。...线程切换的原因线程切换操作系统的一个重要功能,它发生的原因包括:时间片耗尽:为了公平地分配 CPU 时间,操作系统将时间划分为小片段,每个线程在一个时间片内执行。...当时间片耗尽时,操作系统需要切换到另一个线程。阻塞操作:当线程执行阻塞操作(如等待 I/O 完成)时,操作系统切换到另一个就绪状态的线程,以充分利用 CPU。...加载下一个线程的上下文:操作系统从内存中加载下一个线程的上下文,包括寄存器的值、PC 和 SP 等。切换到下一个线程:操作系统将 CPU 控制权切换到下一个线程,使其继续执行。

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    【Linux操作系统】进程优先级和进程切换

    文章目录 一.进程优先级 1.三段论谈优先级 2.PRI和NI 二.进程切换 1.进程的四个特性 2.上下文数据保护和恢复 一.进程优先级 1.三段论谈优先级 什么是优先级?...因为资源有限,进程抢占资源,操作系统得给进程一个先后顺序。 怎么确定优先级?...17955 显示结果: 第五步:输入调整后的NI值 假如是:-19 第六步:再次查看进程的优先级信息 ps -al 显示结果: NI值被修改为了-19 最终PRI值被修正为了61 二.进程切换...1.进程的四个特性 竞争性:进程数众多,CPU只有少量,进程之间要抢占CPU资源 独立性:进程之间各自以为独占资源,互不干扰 并发:多个进程在一个CPU上运行,采取进程切换/CPU时间片轮转的方式 并行...由于大部分电脑都是单核CPU,所以属于并发机制,并发采用的是进程切换/时间片轮转的方式. 那么一个进程大多数情况下并不是在CPU中跑完了才从CPU上拿下来,而是跑完一个时间片的时间就换上另一个进程.

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    Linux操作系统通过实战理解CPU上下文切换

    前言:Linux是一个多任务的操作系统,可以支持远大于CPU数量的任务同时运行,但是我们都知道这其实是一个错觉,真正是系统在很短的时间内将CPU轮流分配给各个进程,给用户造成多任务同时运行的错觉。...img 2、CPU上下文切换 根据任务的不同,CPU的上下文切换就可以分为进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换 ,进程上下文切换。...,所以一次系统调用的过程,会发生两次的CPU上下文切换但是我们一般说系统调用是特权模式切换而不是上下文切换,因为这里没有涉及到虚拟内存等这些进程用户态的资源,也不会切换进程是属于进程之内的上下文切换,进程是由内核来管理和调度的...前后两个线程属于同一个进程,因为虚拟内存是共享的,所以在切换的时候,虚拟内存这些资源保持不动,只有切换线程的私有数据、寄存器等不共享的资源 所以同进程内的线程切换要比多进程内的线程切换消耗更少的资源...当中断上下文切换次数比较多的时候,会耗费大量的CPU 怎么查看系统上下文 上面已经介绍到CPU上下文切换分为进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换,那么过多的上下文切换会把CPU的时间消耗在寄存器

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    从底层源码剖析操作系统如何切换用户态与内核态

    操作系统中,整个空间被划分为了两部分,分别为用户空间(user)与内核空间(kernel),当用户执行程序时,由于程序的执行需要内核程序的辅助,因此会来回在用户空间与内核空间之间进行切换,而本篇文章旨在通过分析最简单的操作系统...xv6来剖析操作系统如何在用户态与内核态之间进行切换 调度寄存器及基础概念介绍 在CPU进行用户态与内核态的上下文调度时,需要保存当前程序计数器(pc)、内核态或用户态的入口地址、具体上下文信息等,这里对这些基础概念进行介绍...: (1)将当前状态从用户态切换为内核态,这个很重要,因为有些指令或者页表只有处于内核态的时候才可以访问 (2)将用户态原本要执行的下一条指令地址保存到sepc中,保证操作系统执行完内核态的代码后能够跳转回用户态继续执行...,当操作系统切换状态时,总会执行这段程序来完成状态的切换,这里我们可以从trampoline.S对应的源码来分析: 首先是这段代码: uservec:表明这是用户态到内核态切换时的预先执行模块,在这个模块中...,有兴趣的小伙伴可以自行追踪一下xv6底层源码: 如果你看到了这里,一定说明你对操作系统的状态切换有浓厚的兴趣,创作不易,希望能对你有帮助,祝好!!!

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    操作系统用户态和内核态之间的切换过程是什么_用户进程从用户态切换到内核态

    操作系统用户态和内核态之间的切换过程 1....而究竟加载了哪些代码,如何加载就是和操作系统密切相关了。...当我们在系统中执行一个程序时,大部分时间是运行在用户态下的,在其需要操作系统帮助完成某些它没有权力和能力完成的工作时就会切换到内核态,比如testfork()最初运行在用户态进程下,当它调用fork()...系统调用 这是用户态进程主动要求切换到内核态的一种方式,用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作,比如前例中fork()实际上就是执行了一个创建新进程的系统调用。...而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现,例如Linux的int 80h中断。 b.

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    操作系统如何在多处理器间切换应用程序的执行

    如果有写过多线程的小伙伴知道,如果两个程序同时向一片区域中写入数据,可能会导致写入数据交叉错乱的情况,这是因为操作系统在运行程序时,为了能够让每个进程资源都充分被调度,会定期实施切换进程操作,本文旨在从底层源码介绍操作系统如何在内核态中切换应用程序.../developer/article/2457403),我们知道,当操作系统从用户态切换到内核态时,会在trap.c中的usertrap()函数中,调用syscall()执行程序: 这里面有很关键的一个点...,就是在执行syscall()命令之前,操作系统会通过intr_on()开启中断,在开启中断后,当前运行的应用进程允许被CPU抢占进行资源调度,因此在操作系统调度程序时,必须开启中断,让CPU有能够进行调度的机会...scheduler调度函数 同时在这里只存储了14个寄存器的上下文信息,并没有存储全部,其实原因很简单,由于当前进程的切换是在内核态中完成的,不需要知道用户态切换的其他信息,因此操作系统为了提高效率,只会保存接下来会用到的指令信息...,而这也保证了计算机能够通过仅仅几个CPU就能运行数量如此庞大的程序 至此,有关于操作系统在内核中切换应用程序的介绍就结束了,希望对你有所帮助,祝好!!!

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    深入理解操作系统中进程与线程的区别及切换机制(下)

    进程的控制结构也可以说是数据结构,毕竟操作系统也是一个进程,只要是应用程序就必然符合一条定律:程序=算法+数据结构,进程作为一种抽象概念,可将其视为一个容器,该容器聚集了相关资源,包括地址空间,线程,打开的文件...进程的切换进程的切换是为了保证每个进程都能获得公平的CPU时间片来执行自己的程序,这也叫做上下文切换,上下文切换涉及以下内容:存储进程的相关信息,如计数器、寄存器等,以便在切换回来时能正常加载。...线程在早期的操作系统中,以进程作为独立运行的基本单位,直到后来计算机科学家们提出了更小的能独立运行的基本单位,即线程。...线程的上下文切换是指在切换线程时,需要保存和恢复线程的执行上下文。与进程相比,线程上下文切换的代价要小得多。如果一个进程只有主线程,那么线程的切换流程与进程切换相同。...总结进程和线程是操作系统中的两个重要概念。进程是程序的一次执行过程,拥有自己的地址空间和资源,是资源分配的基本单位。进程之间通过上下文切换来共享CPU,保证公平分配。

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    从零手写操作系统之RVOS协作式多任务切换实现-03

    从零手写操作系统之RVOS协作式多任务切换实现-03 本系列参考: 学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春 整理而来,主要作为xv6操作系统学习的一个前置基础。...RVOS是本课程基于RISC-V搭建的简易操作系统名称。...plctlab/riscv-operating-system-mooc/blob/main/howto-run-with-ubuntu1804_zh.md 前置知识: RVOS环境搭建-01 RVOS操作系统内存管理简单实现...下面我们先来看看任务切换的实现流程: 我们可以在程序中调用switch_to函数,手动完成任务的切换,由于任务切换十分频繁,所以这里使用汇编来实现switch_to函数: # void switch_to...} 测试: ---- 协作式多任务 - 调度 到目前为止,我们只实现了操作系统启动后切换到1号任务执行的效果,还无法实现多任务切换,本节我们在上一节的基础上进行改进,实现多任务切换效果: 首先,

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    TRTC横竖屏切换1,手动切换

    一、简介 本篇主要介绍TRTC通话时,横竖屏切换接口的调用示例、通话效果。 音视频通话完整链路,大致是:本地采集、本地预览、编码输出、网络传输、接收解码渲染。...用户要的只是4种效果:自己横竖屏切换+对方看到的横竖屏切换,但是sdk却有4X4X4=64种实现方式,一旦遇到问题就很费解。以下将引导:用最简单的方式,体验sdk的横竖屏切换功能。...还有一些手机,平放在桌面时,会发生横竖屏切换,这是手机重力感应触发的,请把手机支起来吧,或者关闭手机的重力感应。...关于sdk重力感应功能,可以参考这篇《TRTC横竖屏切换2,重力感应》 3、横屏后画面裁剪问题 横屏后画面只显示中间一小部分,看上去放大了。...五、下一篇 《TRTC横竖屏切换2,重力感应》

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    TRTC横竖屏切换1,手动切换

    一、简介 本篇主要介绍TRTC通话时,横竖屏切换接口的调用示例、通话效果。 音视频通话完整链路,大致是:本地采集、本地预览、编码输出、网络传输、接收解码渲染。...用户要的只是4种效果:自己横竖屏切换+对方看到的横竖屏切换,但是sdk却有4X4X4=64种实现方式,一旦遇到问题就很费解。以下将引导:用最简单的方式,体验sdk的横竖屏切换功能。...还有一些手机,平放在桌面时,会发生横竖屏切换,这是手机重力感应触发的,请把手机支起来吧,或者关闭手机的重力感应。...关于sdk重力感应功能,可以参考这篇《TRTC横竖屏切换2,重力感应》 3、横屏后画面裁剪问题 横屏后画面只显示中间一小部分,看上去放大了。...五、下一篇 《TRTC横竖屏切换2,重力感应》

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    Tab选项卡切换效果-自动切换

    上节我们讲到了tab选项卡的手动切换效果和手动延迟切换效果,在延迟切换效果中,我们使用到了setTimeout函数,这节我们要实现手动自动选项卡的效果。...现在我们先来实现纯自动切换的效果。这里要使用到setInterval函数。 接下来是先把要切换的标题和内容选择出来,在tab函数中,我们还新建了一个index变量,用以保存索引值。...结果: 以上就实现的自动切换的功能;接下来,我们加入手动切换功能,即给每一个标题绑定一个鼠标滑过事件,并且当鼠标滑过执行时,在里面清除掉定时器。...这里出现了两个问题;第一,当自动切换时,效果正常,当鼠标滑入然后离开时,自动切换没有切换到我们鼠标滑入时的下一个标题,而是按照之前自动切换时的下一个标题来切换。...接下来我们解决刚提到的第一个问题,就是当鼠标离开时,我们要让下一个切换按照鼠标滑入的标题的下一个索引来切换,而不是按自动切换时的下一个索引切换

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