在每个任务运行前， CPU 都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行、也就是说，需要系统事先给他设置好 CPU 寄存器和程序计数器(Program Counter， PC)
- CPU 寄存器：是 CPU 内置的容量小、但速度极快的内存。
- 程序计数器：是用来存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。
它们都是 CPU 在运行任何任务前，比如的依赖环境，因此也被叫做 CPU 上下文。
- 上下文切换：就是先把前一个任务的 CPU 上下文(也就是 CPU 寄存器和程序计数器)保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
- CPU 的上下文切换可以分为进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换。
(1) 进程上下文切换
Linux 按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间
- 内核空间(Ring 0)具有最高权限，可以直接访问所有资源。
- 用户空间(Ring 3)只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核中，才能访问这些特权资源。
(2) 进程上下文切换和系统调用的区别
进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。
系统调用过程中，并不涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。
- 进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程进行。
- 系统调用过程中一直是同一个进程在运行。
因此，进程的上下文切换比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和 CPU 寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来;而加载了下一个进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。
(3) 什么时候会切换进程上文
- 进程执行终止，它之前使用的 CPU 会释放出来，这时再从就绪队列里，拿一个新的进程过来运行。
- 当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切换到其他正在等待 CPU 的进程进行
- 进程在系统资源不足(比如内存不足)时，等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。
- 当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。
- 当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。
- 发生硬件中断时，CPU 上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断程序服务。
(4) 线程上下文切换
线程和进程的区别：
- 线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。
- 当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程。
- 当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。这些资源在上下文切换时是不需要修改的。
- 线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。
