嵌入式每日八股1.29

为什么会有上下文这种概念？

在计算机系统中，上下文是指当前程序或进程执行的环境和状态，包括程序的执行位置、寄存器内容、堆栈信息、打开文件等。操作系统需要在多个进程之间进行快速的切换，这就需要在进程间保存和恢复上下文信息。

在一个计算机系统中，只有一个CPU，但是可能有多个进程或线程在同时运行。当操作系统需要将CPU从一个进程切换到另一个进程时，必须保存当前进程的上下文信息，并加载下一个进程的上下文信息，从而让它继续执行。这种切换称为上下文切换。

上下文的概念也在操作系统的其他方面得到了应用，例如在中断处理中，需要保存当前执行的进程上下文，以便中断处理程序执行完毕后能够恢复到之前的状态。在多线程编程中，线程切换也需要保存和恢复上下文信息。

内核空间和用户空间是现代操作系统的两种工作模式，内核模块运行在内核空间，而用户态应用程序运行在用户空间。它们代表不同的级别，而对系统资源具有不同的访问权限。内核模块运行在最高级别（内核态），这个级下所有的操作都受系统信任，而应用程序运行在较低级别（用户态）。在这个级别，处理器控制着对硬件的直接访问以及对内存的非授权访问。内核态和用户态有自己的内存映射，即自己的地址空间。

其中，处理器总处于以下状态中的一种：

• 内核态，运行于进程上下文，内核代表进程运行于内核空间；

• 内核态，运行于中断上下文，内核代表硬件运行于内核空间；

• 用户态，运行于用户空间。

系统的两种不同运行状态，才有了上下文的概念。用户空间的应用程序，如果想请求系统服务，比如操作某个物理设备，映射设备的地址到用户空间，必须通过系统调用来实现。通过系统调用，用户空间的应用程序就会进入内核空间，由内核代表该进程运行于内核空间，这就涉及到上下文的切换，用户空间和内核空间具有不同的地址映射，通用或专用的寄存器组，而用户空间的进程要传递很多变量、参数给内核，内核也要保存用户进程的一些寄存器、变量等，以便系统调用结束后回到用户空间继续执行。

上下文概念的引入，保证了系统的并发性和可靠性，提高了系统的性能和效率。

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