并发的进程切换

要了解并发进程的切换，首先要清楚知道什么是并发的进程！！

并发的进程最主要的特点就是走走停停的状态，从运行的开始到结束不是一步运行到底的，是走走，然后cup被调度走就停停，等到需要进程继续执行的时候，又可以被分配到cpu资源，然后走走；如此反复，知道进程运行结束！

（单cpu的讨论）如上图的两个进程process1和process2，虚线部分表示进程停止，实线部分表示进程运行，当process1停的时候，process2就运行，此时这个过程就是进程切换。

我们需要关注的两个问题：

1.是什么导致了进程切换？

中断。

2.进程切换要做什么？

进程切换的时机有主动和被动离开cpu;

主动：比如：IO语句，系统调用；

被动：比如：高优先级进程，时间片到期；

进程切换就是和中断很基本一样的方式，而进程之所以能够被切换，也是有中断处理程序在执行，让进程能够切换，所以说中断处理程序也是一个很特殊的中断，它能够让进程发生切换。

总的来说：进程切换就是要执行中断处理程序咯，还有做的事情和中断做的事情。

中断技术

理解上面的图：

当发生某个事件时，意味着进程不能继续执行了，那么cpu就不会为进程服务了；然后引起中断的事件，也就是使得进程不能继续运行的事件，它就会被执行；当中断事件执行完毕后，会返回原程序继续执行，也就是回到进程继续执行；

运行的进程在用户态，而进行中断的事件是在内核态；而中断的过程就是一种陷阱机制，也就是说，从用户态陷入内核态执行内核态的进程，当执行完毕中断事件后，又会回到用户态继续执行原进程。

中断源

进程发生中断的原因是来自什么？

中断分为两种：

一种是外中断（我们通常叫为interruption）;外中断特点是异步中断，就是随机中断，它的中断源是不可预知的，即对于进程来说是不知道什么时候会发生中断；

一种是内中断（也就是异常exception）;内中断时同步中断，指程序执行过程中发生的中断，不是外部引起的，是程序自身引起的这两种都是中断；

中断的过程

中断的过程：

是从用户态陷入内核态的一个过程：在从用户态陷入内核态之前：会先保存进程上下文的内存信息；

然后再进入内核态，进入内核态要知道中断源是什么，然后处理中断源；

然后处理中断程序结束后，就会选择进程来恢复上下文信息，就继续执行恢复后的进程；

什么是进程上下文的信息呢？

就是该进程的对cpu使用的时间，进程的计算结果等其他和进程的关键的信息，由于这个信息很多，所以用一个抽象的说法，上下文信息，主要是为了中断事件结束后，还能回到原来中断时候的地方继续执行进程。举个例子：比如你家里写作业，有5到题要写，写着一半，你妈妈突然喊你曲吃饭，此时，你就需要去吃饭，而在你的大脑中，会记住你作业做到哪里的位置，这样等吃完饭回来后，你还可以从上次没写完的那个地方开始写作业。你记住写作业写到哪里的位置就是上下文信息啦。

特权指令和非特权指令

特权指令：就是运行在内核态的一些指令：

常见的特权指令有：如下图的；其中我们要讲的进程切换也是运行在内核态的特权指令

cpu怎么知道要执行的指令是特权指令还是非特权指令？

靠的是硬件来完成：硬件中有个个双模式dual mode的bit位：0 表示内核模式，1表示用户模式；

用户态和内核态的模式切换：

中断是从用户态切换到内核态的唯一途径！！！

一旦发生中断，就会有模式切换的过程，就是用户态到内核态的切换！！！

下图：从中断的时刻开始，到中断处理程序的过程的开始中：就是模式切换的过程

进程的切换

一个进程要被切换，肯定是处于运行状态才有资格被切换，进程被切换了意味着进程要离开cpu,离开cup的原因就有两种：一种是主动离开，一种是被动离开；比如主动离开的是执行IO设备啊等其他原因，被动离开的是进程时间片到了等其他原因；那么进程离开cpu就去哪了呢?进程离开cpu就会到等待状态，或者就绪状态。

进程切换和中断有什么关系呢？

进程控制块–PCB

每个进程都有一个PCB，这个PCB我们成为进程控制块，其实就是一个数据结构的代码。这个数据结构的代码保存了进程的控制信息；

对于一个完整的进程来说：是包含PCB和进程的实体（进程实体就是进程运行时候所需要的数据，代码，变量等信息）。

进程在物理内存的存放

进程在物理内存存放并不是连续的存放的，是离散的存放的。

比如一个进程1：包含PCB和stack heap data text等信息，都是离散的在内存存放的；

而离散存放的目的为了减少连续存放带来内存碎片等问题；

同时离散存放也带来的问题是：必须要有一个表来记录这些进程离散的信息，来找到一个进程的实体；（者都是内存管理的问题，以后再讲）

进程队列

操作系统是如何管理进程呢？

是通过进程队列的数据结构管理的，进程队列会有就绪态的队列，和等待态的队列，一般来说，等待态的队列分为很多种，这是为方便管理每种不同的设备而设置的。

对于进程队列来说：管理的进程都是进程的PCB，而不是整个进程的上下文（PCB+进程实体），

这是因为进程的PCB已经包含了进程的其他信息，可以通过PCB找到进程实体的信息，而且进程的PCB相对进程实体来说，也比较小，而进程实体可能会很大，频繁的入队出队，会消耗大量的cpu资源管理，这样并不好。

进程调度

进程调度，简单的说就是进程在各个进程队列中跑来跑去，被操作系统调去就绪队列呀，或者等待队列，或者运行态，或者运行结束！

比如一个新创建的进程，一开始就会被调度到就绪队列中，然后cpu就会在某个时间调度该进程进入运行态，如果是一直运行结束就结束进程了，如果是发生中断那么又会被调度到等待队列或者就绪队列中。