【Linux】:进程切换

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. 进程切换)

[1.1 局部变量的返回](#1.1 局部变量的返回)

[1.2 eip寄存器(程序计数器)](#1.2 eip寄存器(程序计数器))

[1.3 进程上下文数据的切换](#1.3 进程上下文数据的切换)

[1.4 切出之后是否清空?](#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?

cpp 复制代码
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;

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。

朋友们、伙计们,美好的时光总是短暂的,我们本期的的分享就到此结束,欲知后事如何,请听下回分解~,最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔,感谢大家的支持!

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