进程与线程-3、内核级线程切换过程

参考哈工大李治军老师公开课。

内核级线程的TCB结构

用户级线程是使用对于每个线程设置一个TCB栈来存储程序执行过程中的地址的跳转，通过切换TCB栈来实现线程的切换。

而内核级线程是用户程序执行中断INT进入内核，进行内核执行线程。而内核线程执行时可能会申请I/O操作等待I/O响应，这时该线程就需要等待，这时内核会自动切换到其他线程执行，以免CPU资源的浪费。那么这种切换的基础就是把TCB进行扩展，不但要记录用户级线程的调用情况，而且要记录内核中线程的相关情况。通过中断（INT）进入切换到该线程的内核栈；通过IRET进行中断返回，切换到用户栈。

图一：TCB的扩展

下面是一个实际的例子，线程基址是100，然后执行A()函数，调用了B()，在B()中调用了read()开启中断，进入内核，TCB也由用户栈切换到内核栈，内核栈用ss:sp记录下该线程用户栈的相关地址信息便于后期的中断返回

 

图二：用户栈-内核栈切换示例

 

当进行核心级线程程序时，可能需要等待IO相应，这时操作系统会通过switch_to(cur,next)切换到其他线程，进行其他认任务。在switch_to(cur, next)中核心的操作是esp指针（指向当前执行线程的TCB栈）的切换，从而完成一个线程到另一个线程的切换。

图三：内核线程之间的切换

下面用另一幅图来更好的展示内核级线程切换的过程：

图四：内核级线程切换的过程

 

最后，用图表的形式将用户级线程和核心级线程做个比较：

图五：用户VS内核