保存中断上下文
【保存中断上下文】
处理器总是处于如下状态当中的其一：
1.用户态：运行域用户空间。
2.内核态：运行于进程的上下文，内核代表进程运行于内核空间。
3.内核态：运行域中断上下文，内核代表硬件运行于内核空间。
1. 进程上下文（Process Context）
概念：
进程上下文是进程运行时所需的环境信息，包括寄存器值、内存状态、打开的文件等。当内核切换进程时，必须保存当前进程的所有状态（即进程上下文），以便后续恢复执行。核心内容：
寄存器上下文：程序计数器（IP）、栈指针（ESP）、状态寄存器（EFLAGS）。
内存信息：代码段、数据段、用户堆栈、共享内存等。
系统资源：进程控制块（
task_struct）、内存管理结构（mm_struct）、内核栈等。案例：
假设Linux系统中正在运行两个进程：进程A（浏览器）和进程B（音乐播放器）。
当CPU从
进程A切换到进程B时，内核会：
保存
进程A的寄存器值到其task_struct中。将内存管理信息保存到
mm_struct。加载
进程B的上下文，恢复其执行。这一过程称为上下文切换，由调度器触发，保证了多任务的并发执行。
2. 线程上下文（Thread Context）
概念：
线程上下文是线程运行时所需的环境信息，包括寄存器值、栈指针、线程控制块等。线程是进程内的执行单元，共享进程的资源（如内存、文件），因此线程上下文切换的开销通常比进程更小。核心内容：
寄存器上下文：程序计数器（IP）、栈指针（ESP）、状态寄存器（EFLAGS）。
线程私有资源：线程栈（存储局部变量、函数调用链）、线程控制块（
thread_info或pthread_t）。共享资源：进程的代码段、数据段、打开的文件、内存管理结构（如
mm_struct）等。与进程上下文的对比：
对比项 进程上下文 线程上下文 资源隔离性 独立内存空间、文件等 共享进程的内存和文件资源 切换开销 高（需切换页表、刷新TLB等） 低（无需切换内存管理信息） 核心数据结构 task_struct（进程控制块）thread_info（线程控制块）案例：
在浏览器进程（进程A）中，有两个线程：
线程1：渲染页面（解析HTML/CSS）。
线程2：处理网络请求（下载图片）。
当CPU从线程1切换到线程2时：
保存线程1的寄存器到其线程控制块。
无需保存内存管理信息（共享进程的
mm_struct）。加载线程2的寄存器和栈地址，恢复执行。
3. 中断上下文（Interrupt Context）
概念：
中断上下文是硬件触发中断时内核处理程序所需的临时环境。它不关联任何进程，因此不能直接访问进程资源（如用户空间内存）。特点：
快速执行（不能休眠或调用可能阻塞的函数）。
不能访问用户空间数据（需通过内核接口）。
案例：
当用户按下键盘时，硬件触发中断：
CPU暂停当前进程（如浏览器），进入中断处理程序。
内核保存当前进程的上下文（如寄存器），但中断处理程序自身运行在中断上下文。
中断程序读取键盘缓冲区数据，标记为“待处理”。
中断结束后，内核可能触发调度，恢复原进程或切换到其他进程。
4. 进程上下文的三个部分
具体分解：
用户级上下文：
包括代码（正文段）、全局变量（数据段）、用户堆栈。
案例：一个运行中的C程序，其代码和全局变量存储在用户空间的内存中。
寄存器上下文：
关键寄存器：ESP（栈指针）、IP（程序计数器）、EFLAGS（状态寄存器）。
案例：进程执行到
printf函数时，IP指向printf的地址，ESP指向函数调用的栈帧。系统级上下文：
task_struct：包含进程ID、优先级、状态等信息。
mm_struct：管理进程的虚拟内存布局（如堆、栈的地址范围）。案例：进程调用
malloc申请内存时，内核通过mm_struct分配新的虚拟内存区域。
5. 保存中断上下文与EL0/EL1的区别
机制：
kernel_entry宏：在ARM架构中，根据异常级别（EL0或EL1）保存不同上下文：
EL0（用户态异常）：如系统调用（用户程序触发
open()）。
需要保存用户空间的寄存器（如x0-x30）。
EL1（内核态异常）：如硬件中断（定时器到期）。
仅保存必要的内核寄存器。
案例：
系统调用（EL0）：
用户程序执行read()系统调用时，CPU从EL0切换到EL1。
kernel_entry保存用户寄存器，内核处理完read()后恢复现场。硬件中断（EL1）：
网卡接收到数据包时触发中断，内核直接保存当前内核栈的寄存器，处理中断后恢复。
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