上下文切换(Context Switching)是指在多任务操作系统或多线程环境下,CPU从一个线程(或进程)切换到另一个线程(或进程)时,保存当前线程的上下文(即CPU寄存器的状态、内存指针等信息),并加载另一个线程的上下文,使得被加载的线程可以继续执行。
上下文切换的目的是实现多任务的并发执行,通过给每个线程或进程分配一段时间片(时间片轮转),让它们交替执行,从而实现看上去同时运行的效果。具体来说,当一个线程需要执行时,操作系统会进行上下文切换,将当前线程的运行状态保存下来,包括程序计数器、CPU寄存器等内容,然后加载另一个线程的上下文,让其开始执行。当时间片用完或者发生某个事件时,当前线程的上下文再次保存,另一个线程的上下文被加载,继续执行。
上下文切换的开销是有代价的,因为需要保存和恢复大量的寄存器状态和CPU上下文信息。上下文切换的频繁发生可能会导致系统性能下降,因此在设计并发应用时需要注意减少不必要的上下文切换。
上下文切换在多核心处理器上尤为重要,因为可以在多个核心上同时执行多个线程,从而提高系统的并发处理能力。同时,操作系统会尽可能通过优化算法和调度策略来减少上下文切换的开销,提高系统的性能和响应速度。