2.3 操作系统 进程、中断上下文

一、进程上下文

内容：进程上下文是指进程在执行过程中的运行环境，包括各种寄存器的值、程序计数器、栈指针、内存分配情况、打开的文件描述符等。

理解：可以将进程上下文看作是进程运行时的 “现场” 信息。当操作系统需要暂停一个进程的执行，转而执行其他进程时，会保存当前进程的上下文，以便之后能够恢复该进程的执行，就像电影播放中途暂停，之后可以从暂停的地方继续播放一样。

进程上下文的三个部分

1、用户级上下文：正文、数据、用户堆栈、共享存储区。

2、寄存器上下文：通用寄存器、程序计数器、处理器状态寄存器（CPSR）、栈指针（SP）；

3、系统级上下文：进程控制块、内存管理信息、内核栈。

进程上下文切换

当进程发生调度、进程阻塞、进程完成并终止时，操作系统就会进行进程上下文切换。系统调用属于模式切换，不一定会导致进程上下文切换，最主要是对寄存器进行切换。

二、中断上下文的概念和特点

中断上下文是指在发生中断时，系统保存当前程序执行状态（包括寄存器的值、程序计数器等），并切换到中断处理程序执行的过程中所涉及的环境和数据集合。中断时，内核不代表任何进程运行，一般只访问系统空间，不访问进程空间。

特权级别：运行在内核模式或者超级用户模式。

无线程调度：在中断过程中，不会进行线程的挂起、切换。会关闭进程调度，因此中断服务程序里面不能睡眠。

执行优先级：具有比普通线程更高的优先级。

栈和寄存器：有独立的栈和寄存器。

三、中断上下文代码中的注意事项

运行于进程上下文的内核代码是可抢占的，但中断上下文会禁止抢占，一直会运行到中断程序执行结束。

1、睡眠或放弃 CPU；2、尝试获取一些阻塞锁：如，互斥锁、信号量等；3、执行耗时任务（可以借助下半部）；4、访问用户空间虚拟地址，因为中断运行在内核态。

四、处理器总处于三种状态

内核态，运行于进程上下文，内核代表进程运行于内核空间，如：根据进程请求访问硬件资源、管理内存等。

内核态，运行于中断上下文，内核代表硬件运行于内核空间，如，响应设备的输入输出请求、处理定时器中断。

用户态，运行于用户空间。

五、什么情况下会从用户态切换到内核态

1、在进程上下文中进行系统调用，或者出现异常。

2、在中断上下文中，由于硬件发出中断请求，进而进入内核态执行中断服务函数。