What is a context switch?

上下文切换是操作系统中的一个过程，用于在多个进程或线程之间切换CPU的执行权，以实现多任务处理。上下文切换通常发生在多任务操作系统中，使得系统可以更加有效地利用CPU资源，提高系统效率和用户体验。

具体来说，当一个进程或线程由于某些原因（如等待I/O操作完成、时间片用完等）需要暂停执行时，操作系统会保存当前进程的状态（即上下文），然后将CPU的控制权转移给另一个准备好的进程。这个保存和恢复状态的过程就是上下文切换。

上下文通常包括程序计数器、寄存器集合、内存管理信息以及其他处理器状态。这些信息被保存在进程控制块（PCB）中，以确保进程可以在之后的某个时刻从原来暂停的地方恢复执行。

例如，假设有两个进程A和B，进程A正在执行，但需要等待一个文件读取操作。在这种情况下，操作系统会将进程A的上下文（当前的寄存器状态、程序计数器等）保存到其进程控制块中，然后根据调度策略选择另一个就绪的进程，比如进程B，加载进程B的上下文到CPU，并开始执行进程B。当文件读取完成后，进程A可以再次被调度，其保存的上下文会被恢复，从而继续它的执行。

上下文切换是非常重要的功能，但也有性能开销。频繁的上下文切换可能导致CPU花费大量时间在进程状态的保存和恢复上，而不是执行实际的工作，这种情况称为上下文切换开销。因此，操作系统设计时会尽量优化调度算法，以减少不必要的上下文切换，提高系统的整体性能。