Что сохраняется при переключении контекста?

Question

Что именно сохраняется и восстанавливается при переключении контекста между двумя потоками

• в том же процессе
• между двумя процессами

Answer 1

Это довольно сложный вопрос, поскольку ответ(ы) зависят от многих вещей:

1. Процессор, о котором идет речь
   • Он может значительно различаться даже в пределах одного семейства, например, дополнительные регистры, добавленные для операций SSE/MMX.
2. Операционная система, поскольку она управляет обработчиками, которые срабатывают при переключении контекста, и решает, используется ли оборудование ЦП (если таковое имеется) для помощи в переключении контекста или нет.
   • Например, Windows не использует оборудование Intel, которое может выполнять большую часть хранилища для переключения контекста, поскольку оно не хранит регистры с плавающей запятой.
3. Любые оптимизации, выполняемые программой, осознающей свои собственные требования и способной информировать об этом ОС.
   • Возможно, чтобы указать, что он не использует регистры FP, поэтому не беспокойтесь о них.
   • В архитектурах с большими файлами регистров, таких как большинство RISC-проектов, есть значительная польза от знания того, что вам нужно только меньшее подмножество этих регистров.

Как минимум, необходимо сохранить используемые регистры общего назначения и регистр счетчика программ (при условии, что большинство современных ЦП общего назначения в стиле CISC/RISC имеют общую конструкцию).

Обратите внимание, что попытка приложить лишь минимальное усилие при переключении контекста является ошибкой. тема, представляющая некоторый академический интерес

Linux, очевидно, имеет больше информации по этому вопросу в открытом доступе, хотя мои ссылки могут быть немного устаревшими.

Существует «task_struct», которая содержит большое количество полей, относящихся к состоянию задачи, а также к процессу, для которого предназначена задача.

Одним из них является «thread_struct».

/* состояние этой задачи, зависящее от процессора */
- структура потока_структура потока;
содержит информацию о дескрипторах TLS кэша, регистрах отладки,
информация об ошибке, плавающая запятая, виртуальный режим 86 или разрешения ввода-вывода.

Каждая архитектура определяет свою собственную структуру thread_struct, которая идентифицирует регистры и другие значения, сохраненные на коммутаторе.

Это еще больше усложняется наличием регистров переименования, которые допускают несколько инструкций в полете (либо через суперскалярные, либо через архитектурные конструкции, связанные с конвейером).Фаза восстановления переключения контекста, скорее всего, будет зависеть от восстановления конвейера ЦП в изначально пустом состоянии, поэтому инструкции, которые еще не были удалены из конвейера, не имеют никакого эффекта и, следовательно, могут быть проигнорированы.Это значительно усложняет конструкцию процессора.

Разница между процессом и потоком заключается в том, что переключение процесса (что всегда означает переключение потока во всех основных операционных системах) должно будет обновить информацию о трансляции памяти, информацию, связанную с вводом-выводом, и структуры, связанные с разрешениями.

В основном это будут указатели на более богатые структуры данных, поэтому не будет значительных затрат в связи с переключением контекста потока.

Answer 2

Когда переключение контекста происходит между потоками одного и того же процесса, все энергонезависимые регистры общего назначения текущего потока сохраняются, а регистры нового потока восстанавливаются;энергозависимые регистры необходимо сохранять только в том случае, если выполнение текущего потока было прервано прерыванием.Регистры любого сопроцессора, используемого потоками (например.Процессор с плавающей запятой) также должен быть сохранен и восстановлен, если переключение находится между потоками из 2 процессов, в дополнение к тому, что необходимо для нормального переключателя контекста, также следует выполнять изменения, связанные с управлением памятью и IO;например,Защита памяти, необходимая процессам, достигается с помощью таблиц страниц и таблиц каталогов страниц, и каждый процесс имеет уникальный адрес таблицы каталогов страниц, который необходимо изменить при изменении процесса.

Answer 3

Это зависит от используемой вами ОС, но вам наверняка придется сохранить содержимое всех регистров (включая счетчик команд) и загрузить регистры потока, на который вы переключаетесь.

Единственное отличие, которое мне приходит на ум при переключении между двумя потоками одного и того же процесса, заключается в том, что вы не теряете содержимое кэша L1 и MMU.

Answer 4

Я не уверен, но если я правильно помню, также переключается набор рабочей памяти.