内核 - 调度程序：在进程之间切换时会发生什么

Question

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我真的不明白内核如何在运行代码超出其时间片时保存它的状态。

我无法想象实际发生了什么。

问题：

1) 当前运行的代码（及其堆栈？）存储在哪里？

2) 当内核将再次“看到”代码时，它是否会跟随一个偏移量并继续运行，就好像什么都没发生一样？

我不清楚。

谢谢

Answer 1

这取决于操作系统，但作为一般规则，有一个存储块保存有关每个进程的信息（通常称为进程控制块或 PCB）。该信息包括指向当前正在执行的代码行的指针和寄存器的内容等，因此进程可以从上次停止的地方重新开始。

此信息块归操作系统本身而非进程所有，因此它在进程暂停后仍存在。

程序代码本身并不存储在 PCB 中 - 它只是存在于内存或磁盘中。它甚至可以在进程之间共享，例如，多个进程可能正在运行同一个程序，每个进程在任何给定时间都位于代码中的不同点，并且每个进程都有自己的一组“变量”或该进程运行所独有的数据程序。操作系统所需要的只是变量和行号或指针，以了解暂停时特定进程在代码中的位置，并且可以再次从该点开始。

值得注意的是，进程正在使用的任何 RAM 在重新启动时可能仍然存在，也可能不存在。一般来说，如果可能，操作系统会尝试将最近使用或经常使用的 RAM 块（或“页面”）留在内存中。然而，如果它需要释放空间，它可能会将“页面”换出到磁盘，但磁盘访问速度要慢得多，因此希望避免换出可能会再次使用的内存。

在最坏的情况下，操作系统可能会发现它交换了一个进程，然后很快新进程需要使用一些必须从磁盘检索的内存。它在发生这种情况时被挂起，因为在 CPU 方面检索需要很长时间。然后可能会发生下一个过程也很快发现自己处于相同的情况。操作系统现在花费大量时间来交换进程和内存，而更少的时间用于实际工作 - 这通常称为“抖动”。

Answer 2

当前代码指令指针和当前堆栈指针存储在task_struct->ip和task_struct->sp（对于x86）和新进程的task_struct->ip和task_struct->sp中，并在@时加载回sp和ip寄存器987654321@在Linux内核中被调用。

内核的switch_to() 在切换到新进程时会执行许多操作，例如重置 EIP、堆栈、FPU、段描述符、调试寄存器。 然后内核的switch_mm()将虚拟内存映射从上一个进程切换到新进程。