在linux操作系统中,进程的运行空间一般分为用户态和内核态,用户态空间一般是进程应用运行空间,而内核态空间一般是指应用需要调用系统资源,应用不能再用户态空间直接调用系统资源,需要通过内核态来系统系统资源。
所以进程在用户态和内核态两个直接相互切换,就称之为进程上下文切换。

锁的竞争太激烈会导致锁升级为重量级锁,未抢到锁的线程会进入monitor,而monitor依赖于底层操作系统的mutex lock,获取锁时会发生用户态和内核态之间的切换,所以会发生进程间的上下文切换。

原因

初识上下文切换我们首先得明白,上下文切换到底是什么。其实在单个处理器的时期,操作系统就能处理多线程并发任务。处理器给每个线程分配 CPU 时间片(Time Slice),线程在分配获得的时间片内执行任务。CPU 时间片是 CPU 分配给每个线程执行的时间段,一般为几十毫秒。在这么短的时间内线程互相切换,我们根本感觉不到,所以看上去就好像是同时进行的一样。时间片决定了一个线程可以连续占用处理器运行的时长。当一个线程的时间片用完了,或者因自身原因被迫暂停运行了,这个时候,另外一个线程(可以是同一个线程或者其它进程的线程)就会被操作系统选中,来占用处理器。这种一个线程被暂停剥夺使用权,另外一个线程被选中开始或者继续运行的过程就叫做上下文切换(Context Switch)。具体来说,一个线程被剥夺处理器的使用权而被暂停运行,就是“切出”;一个线程被选中占用处理器开始或者继续运行,就是“切入”。在这种切出切入的过程中,操作系统需要保存和恢复相应的进度信息,这个进度信息就是“上下文”了。那上下文都包括哪些内容呢?具体来说,它包括了寄存器的存储内容以及程序计数器存储的指令内容。CPU 寄存器负责存储已经、正在和将要执行的任务,程序计数器负责存储 CPU 正在执行的指令位置以及即将执行的下一条指令的位置。在当前 CPU 数量远远不止一个的情况下,操作系统将 CPU 轮流分配给线程任务,此时的上下文切换就变得更加频繁了,并且存在跨 CPU 上下文切换,比起单核上下文切换,跨核切换更加昂贵。

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