操作系统

时钟中断与上下文切换:多个程序为什么能“同时”运行

一个 CPU 核心同一时刻只能跑一个程序,Linux 靠快速轮换制造“同时运行”的效果。

概况

以一个 CPU 核心上轮流运行两个程序为例。

一句话总结
时钟定期打断程序,内核保存现场、换另一个程序上场
为什么需要时钟
程序不会自愿让出 CPU,必须有外力把控制权拿回内核
Linux 调度器
长期用 CFS(完全公平调度),6.6 版起换成 EEVDF
代价
切换要花时间,还会让 CPU 缓存变冷
类比
JS 事件循环靠任务主动让出;操作系统是强制轮换
进程状态
运行、就绪(等 CPU)、阻塞(等 I/O)三态之间转换
抢占
时间片用完或更高优先级任务就绪时,内核强制换人
线程切换
同一进程的线程切换不用换页表,比进程切换便宜

步骤 1 / 7

问题:一个 CPU 怎么跑多个程序

“同时运行”其实是轮流运行得足够快。

电脑上有几百个进程,CPU 核心却只有几个。 操作系统让它们轮流使用 CPU,每次只用一小段时间,快到人感觉不出来。 这叫“分时”:把 CPU 时间切成小片分给大家。

程序
内核
硬件
程序 A
程序 B
内核(调度器)
CPU 与时钟
事件日志(1)
当前状态发生了什么
A 运行中程序 A 正在使用 CPU