Как происходит переключение между потоками на уровне операционной системы

Операционная система должна обеспечивать иллюзию параллельного выполнения потоков, даже если физически процессоров меньше.

Определение

Context switch — сохранение состояния одного потока и восстановление состояния другого для передачи управления CPU.

1) Что хранится при переключении

При контекстном переключении ОС сохраняет:

• регистры процессора;

• указатель инструкций;

• состояние стека;

• информацию о планировании.

Это позволяет позже продолжить выполнение с того же места.

2) Когда происходит переключение

Основные причины:

• истек квант времени CPU;

• поток ушёл в ожидание I/O;

• появился поток с более высоким приоритетом.

3) Роль таймера

Аппаратный таймер:

• периодически прерывает выполнение;

• передает управление планировщику.

Планировщик решает:

• продолжать текущий поток;

• или переключиться на другой.

4) Цена переключения

Контекстное переключение:

• не выполняет полезной работы;

• занимает время CPU;

• при большом количестве потоков может снижать производительность.

Вывод

Переключение потоков — базовый механизм многозадачности ОС. Оно делает возможной конкурентность, но чрезмерное количество потоков может привести к потере производительности.