什么是cpu上下文切换
cpu上下文切换就是先把一个任务的cpu上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到寄存器和程序计数器中，然后在跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
上下文就是指某一个时间点cpu寄存器和程序计数器的内容。一般来说，CPU的上下文切换可以分为三大类：
- 进程上下文切换
- 线程上下文切换
- 中断上下文切换
进程的上下文切换
linux按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间，分别对应着CPU的特权等级ring0和ring3。内核空间ring0具有最高权限，可以直接访问所有资源；用户空间ring3只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核中，才能访问这些特权资源。
<br />进程既可以在用户空间运行，又可以在内核空间运行。进程在用户空间运行，被称为进程的用户态，而陷入内核空间的时候，被称为进程的内核态度。
系统调用
从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。比如，当我们查看文件内容时，就需要多次系统调用来完成；首先调用open()打开文件，然后调用read()读文件，并调用write()将内容写到标准输出，最后再调用close()关闭文件。
在这个过程中就发生了CPU的上下文切换，整个过程是这样的：
- 保存CPU寄存器里原来用户态的指令位
- 为了执行内核态的代码。CPU寄存器需要更新为内核态指令的新位置
- 跳转到内核态运行的内核任务
- 当系统调用结束后，CPU寄存器需要回复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程
所以。一次系统调用的过程，其实是发生了两次CPU的上下文切换（用户态-内核态-用户态）
不过，需要注意的是，系统调用的过程中，并不会涉及到虚拟内存等进程用户态度的资源，也不会切换进程。
进程上下文切换和系统调用的区别
首先，进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程上下文不仅包括虚拟内存等用户空间的资源，还包括内核栈，寄存器，程序计数器等内核空间的状态。
因此，进程的上下文切换就比系统调用多了一步；在保存的内核态资源（当前进程的内核状态和CPU寄存器）之前，需要先把该进程的用户态资源保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新新进程的虚拟内存。
发生进程上下文切换的场景
- 为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被流转分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统中断，切换到其它正在等待CPU的进程运行。
- 进程在系统资源不足，比如说内存不足时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其它进程运行。
- 当进程通过睡眠函数sleep这样的方法将自己主动挂起时候，自然也会重新调度
- 当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行。当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行
- 发生硬件中断时，CPU上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序
线程上下文切换
线程和进程最大区别在于，线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。说白了，所谓内核中的任务调度，实际上的调度对象是线程。而进程只是给线程提供了共享虚拟内存。
所以，对于线程和进程，我们可以这么理解；当进程只有一个线程时，可以认为进程等于线程。当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存等资源，这些资源在上下文切换时不需要修改。需要交换的只是用户线程的栈。
中断上下文切换
为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而在打断其它进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。
参考
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