Какво е превключване на контекста?

Преминаването към друг контекст (Context Switching) е процесът на запазване на състоянието на един процес (или поток) и възстановяването на състоянието на друг процес (или поток) от операционната система. Това позволява на няколко процеса да споделят един и същи процесор.

Алгоритъмът включва следните стъпки:

1. Запазване на текущия контекст: Регистрите на процесора, броячът на инструкции (PC), състоянието на стека и друга информация за текущия процес се запазват в неговия дескриптор (PCB - Блок за контрол на процеса).
2. Избор на следващия процес: Планировачът на операционната система избира следващия процес за изпълнение.
3. Възстановяване на контекста: Запазеното състояние на избрания процес се зарежда от неговия PCB в регистрите на процесора.

Разходите (overhead) за превключване на контекста включват:

• Време, отделено за запазване и възстановяване на състоянието.
• Загуба на ефективност поради cache misses, тъй като кешът, запълнен с данни на един процес, става неактуален за друг.
• Разходи за изпълнение на инструкциите на планировача.

Пример:

Да предположим, че имаме два процеса, A и B, изпълняващи се на един ядро процесор.

// Първоначално се изпълнява процес A
// Процес A използва ресурсите на CPU

// Настъпва събитие, което изисква превключване, например, изтичане на квант на време на процес A
// Състоянието на процес A (регистри, PC) се запазва
// Операционната система избира процес B за изпълнение
// Състоянието на процес B се зарежда
// Процес B започва изпълнение

Преминаването към друг контекст е основен механизъм на многозадачността в операционните системи, който позволява създаването на илюзия за паралелно изпълнение на множество процеси на един физически процесор.